Convertitore da tensione a frequenza utilizzando ad654

Un convertitore tensione-frequenza (VFC) è un oscillatore che emette un'onda quadra, la cui frequenza è linearmente proporzionale alla sua tensione di ingresso. L'onda quadra di uscita può essere inviata direttamente a un pin digitale di un microcontrollore per misurare con precisione la tensione di ingresso CC, il che significa che la tensione di ingresso può essere misurata utilizzando l'8051 o qualsiasi altro microcontrollore che non dispone di ADC integrato.

VFC viene spesso confuso con un oscillatore controllato in tensione (VCO), ma i VFC hanno molti vantaggi e specifiche di prestazioni migliorate che un (VCO) non ha, come intervallo dinamico, basso errore di linearità, stabilità con la temperatura e la tensione di alimentazione e molti altri. Il viceversa di VFC è possibile anche tramite conversione da frequenza a tensione, che abbiamo già dimostrato nel tutorial precedente.

Qui IC AD654 viene utilizzato in questo circuito per dimostrare il funzionamento, che è una tensione monolitica per un convertitore di frequenza. Un oscilloscopio viene utilizzato anche per mostrare l'onda quadra in uscita.

IC AD654

AD654 è un IC convertitore da tensione a frequenza e viene fornito in un pacchetto DIP a 8 pin. È costituito da un amplificatore di ingresso, un oscillatore incorporato molto preciso e un driver di uscita a collettore aperto ad alta corrente che consente all'IC di pilotare fino a 12 carichi TTL, fotoaccoppiatori, cavi lunghi o carichi simili e può essere azionato in tra (5-30) Volt. Un'altra cosa da menzionare è che, a differenza di altri circuiti integrati, il circuito integrato AD654 emette un'onda quadra, quindi è facile per un microcontrollore misurare le letture. Alcune delle caratteristiche più interessanti di questo chip elencate di seguito.

Caratteristiche:

• Ampia tensione di ingresso ± 30 V.
• Frequenza di fondo scala fino a 500 kHz
• Elevata impedenza di ingresso di 125 MΩ,
• Bassa deriva (4 µV / ° C)
• Corrente di riposo 2,0 mA
• Offset basso 1 mV
• Un requisito minimo per i componenti esterni

Componenti richiesti

Sl.No	Parti	genere	Quantità
1	654 d.C.	CIRCUITO INTEGRATO	1
2	LM7805	Regolatore di tensione IC	1
3	1000pF	Condensatore	1
4	0.1uF	Condensatore	1
5	470uF, 25V	Condensatore	1
6	10.000, 1%	Resistore	4
7	Potenziometro, 10K	Resistenza variabile	1
8	Alimentatore	12V, CC	1
9	Cavo a calibro singolo	Generico	6
10	Breadboard	Generico	1

Diagramma schematico

Lo schema di questo circuito convertitore da tensione a frequenza è tratto dalla scheda tecnica e sono stati aggiunti alcuni componenti esterni per modificare il circuito per questa dimostrazione

Questo circuito è costruito su una breadboard senza saldatura con i componenti mostrati nello schema, a scopo dimostrativo viene aggiunto un potenziometro nella sezione di ingresso dell'amplificatore per variare la tensione di ingresso e con ciò, possiamo osservare il cambiamento in uscita.

Nota! Tutti i componenti sono posizionati il ​​più vicino possibile per ridurre l'induttanza e la resistenza della capacità parassita.

Come funziona il dispositivo?

L'amplificatore operazionale interno viene utilizzato come ingresso ed è lì per convertire la tensione di ingresso in corrente di pilotaggio per il follower NPN quando viene fornita una corrente di pilotaggio di 1 mA alla corrente di un convertitore di frequenza. Carica il condensatore di temporizzazione esterno e questo schema consente all'oscillatore di fornire non linearità nell'intervallo di tensione totale da 100 nA a 2mA. Questa uscita va anche a un driver di uscita che è solo un transistor di potenza NPN con un collettore aperto da cui possiamo ottenere l'uscita

Calcoli

Per calcolare teoricamente la frequenza di uscita del circuito, è possibile utilizzare la seguente formula

Fout = Vin / 10 * Rt * Ct

Dove,

• Fout è la frequenza di uscita
• Vin è la tensione di ingresso del circuito,
• Rt è il resistore per l'oscillatore RC
• Ct è il condensatore per l'oscillatore Rc

Per esempio,

• Vin essere 0,1 V o 100 mV
• Rt è 10000K o 10K
• Ct essere 0,001uF o 1000pF

Fout = 0,1 / (10 * 10 * 0,001) Fout = 1 KHz

Quindi, se 0,1 V viene applicato all'ingresso del circuito, otterremo 1 kHz in uscita

Test del convertitore da tensione a frequenza

Per testare il circuito, vengono utilizzati i seguenti strumenti

1. Alimentatore Switch Mode 12V (SMPS)
2. Meco 108B + Multimetro
3. Oscilloscopio per PC USB Hantech 600BE

Per costruire il circuito, vengono utilizzati resistori a film metallico all'1% e la tolleranza dei condensatori non viene presa in considerazione. La temperatura della stanza era di 22 gradi Celsius durante il test

Configurazione di prova

Come puoi vedere, la tensione di ingresso CC è 11,73 V.

E la tensione sul pin di ingresso dell'IC è 104,8 mV

Qui puoi vedere che l'uscita sul mio DSO è 1.045 kHz.

Di seguito viene fornito un video dettagliato del circuito di lavoro in cui sono stati forniti più ingressi e la frequenza è cambiata nel rapporto della tensione di ingresso.

Ulteriore miglioramento

Realizzando il circuito su un PCB la stabilità può essere migliorata, anche resistori e condensatori con tolleranze dello 0,5% possono essere utilizzati per migliorare la precisione. La parte più importante di questo circuito è la sezione dell'oscillatore RC, quindi l'oscillatore RC deve essere posizionato il più vicino possibile ai pin di ingresso altrimenti, la capacità di avvio e la resistenza delle tracce PCB o il componente potrebbero ridurre la precisione del circuito.

Applicazioni

Questo è un IC molto utile e può essere utilizzato per molte applicazioni, alcune delle quali elencate di seguito

• AD654 VFC come ADC
• Raddoppiatore di frequenza
• Sensore di temperatura con termocoppia
• Estensimetro
• Generatore di funzioni
• Orologio di precisione con polarizzazione automatica

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