Circuito convertitore frequenza-tensione

Il convertitore da frequenza a tensione converte le frequenze o gli impulsi nell'uscita elettrica proporzionale come tensione o corrente. È uno strumento importante per le misurazioni elettromeccaniche in cui si verificano eventi ripetuti. Quindi, quando forniamo una frequenza attraverso un circuito convertitore da frequenza a tensione, fornirà un'uscita CC proporzionale. Qui stiamo usando KA331 IC per costruire un circuito convertitore da frequenza a tensione.

KA331 IC

KA331 è un convertitore da tensione a frequenza che viene utilizzato per realizzare un semplice convertitore analogico-digitale a basso costo, ma può anche essere utilizzato come convertitore da frequenza a tensione. L'IC DIP a 8 pin può funzionare in un'ampia gamma di larghezza di banda da 1Hz a 100 KHz. Dispone inoltre di un'ampia gamma di tensioni di alimentazione da 5V a 40V. KA331 è l'equivalente del popolare LM331. LM331 può essere utilizzato anche con questo circuito F-to-V.

Di seguito è riportato lo schema dei pin e il circuito interno del KA331 tratto dal datasheet,

Materiale richiesto

1. KA331 IC - 1 pz
2. Condensatore ceramico.01uF - 1 pz
3. Condensatore ceramico 470pF - 1 pz
4. Condensatore elettrolitico da 1uF con una potenza nominale di 16 V.
5. Resistenza da 10k con indice di stabilità dell'1% MFR - 2 pezzi
6. Resistenza da 100k con grado di stabilità dell'1% MFR - 2 pezzi
7. Una resistenza da 68k con un indice di stabilità dell'1% MFR - 1pc
8. Un resistore da 6,8 k con indice di stabilità dell'1% MFR - 1 pz
9. Breadboard
10. Alimentazione 15V
11. Cavo a trefolo
12. Un generatore di frequenza o un generatore di funzioni per controllare l'intero circuito.

Diagramma schematico

Funzionamento del circuito da frequenza a tensione

Il componente principale del circuito è KA331. L'ingresso del circuito è collegato attraverso un condensatore C1 da 470pF, che è inoltre collegato al pin di soglia di KA331 (pin 6). I resistori R3 e R4 stanno formando il circuito del divisore di tensione che è collegato al PIN 7 del comparatore di KA331. Il condensatore C3 e il resistore R5 sono il temporizzatore RC che fornisce l'oscillazione richiesta sul pin 5. Il resistore R2 fornisce la corrente di riferimento sul pin 2. Il circuito è alimentato con una tensione di 15 V che è collegata al pin 8 di KA331.

Per calcolare la tensione di uscita del circuito, la formula è:

Vout = f _ingresso x Tensione di riferimento x (R _L / R _S) x (R _t x C _t)

Dove l' _ingresso f è la frequenza, R _L è il resistore di carico, R _S è il resistore sorgente di corrente, R _t e C _t è il resistore e il condensatore dell'oscillatore RC.

Pertanto, per il nostro circuito, la formula sarà:

Vout = _ingresso f x Tensione di riferimento x (R ₆ / R ₂) x (R ₅ x C ₃)

Come per il foglio di dati, la tensione di riferimento di KA331 è 1.89V. Quindi, se forniamo 500 Hz di segnale di ingresso attraverso il circuito per ottenere la tensione di uscita -

Vout = 500 x 1,89 x (100k / 100k) x (6.8kx 0.001uf) Vout = 500 x 1,89 x 1 x (6800k x 10 ^-8) Vout = 0.064V o 64mV

Quindi, quando viene applicata una frequenza di 500 Hz attraverso il circuito, il circuito fornirà un'uscita di 64 mV.

Qui abbiamo costruito il circuito sulla breadboard.

Prova del circuito da frequenza a tensione

Per testare il circuito, vengono utilizzati i seguenti strumenti:

1. Alimentatore da banco Scientific PSD3205.
2. Generatore di funzioni Metravi FG3000.
3. Multimetro UNI-T UT33D.

Il circuito è costruito utilizzando resistenze a film metallico all'1% e le tolleranze dei condensatori non vengono prese in considerazione. La temperatura della stanza era di 22 gradi Celsius durante il test.

Per testare il circuito, l'alimentazione da banco è impostata sull'uscita 15V.

Il generatore di funzioni fornisce circa 500 Hz come uscita a onda quadra.

Per coloro che non hanno accesso al generatore di funzioni, è possibile costruire un circuito timer utilizzando il classico IC LM555 o anche un Arduino per costruire un generatore di funzioni. Tuttavia, l'app per Android può funzionare anche quando i segnali vengono generati attraverso l'uscita delle cuffie.

Il multimetro è collegato all'uscita e la gamma è selezionata come milvolt.

L'output del multimetro mostra il valore calcolato. Il circuito fornisce un'uscita di 64 mV quando viene fornita un'onda quadra di 500 Hz attraverso l'ingresso.

Il video di lavoro dettagliato viene fornito alla fine, dove vengono forniti più ingressi e la tensione di uscita viene modificata nel rapporto della tensione di ingresso.

Miglioramenti

Questo circuito convertitore da frequenza a tensione può essere costruito su un PCB per una migliore precisione. La sezione critica del circuito è l'oscillatore RC. L'oscillatore RC deve essere posizionato a una distanza ravvicinata attraverso l'IC KA331. A lunga distanza, la traccia di rame potrebbe deviare l'oscillazione poiché aggiungerà ulteriore resistenza e contribuirà anche alla capacità parassita. È necessario anche il piano di massa appropriato.

Applicazioni

Il convertitore da frequenza a tensione viene utilizzato nelle misurazioni e la strumentazione come il tachimetro utilizza il convertitore da frequenza a tensione per calcolare la velocità di un motore. Diversi tipi di misuratori di livello, anche i tachimetri usano questa tecnica.