3 Vysvetlené obvody frekvenčného meniča

Ako naznačuje názov, prevádzače frekvencie na napätie sú zariadenia, ktoré prevádzajú vstup s rôznou frekvenciou na zodpovedajúco odlišné úrovne výstupného napätia.

Tu študujeme tri ľahké, ale pokročilé návrhy pomocou IC 4151, IC VFC32 a IC LM2907.

1) Pomocou IC 4151

Tento obvod meniča frekvenčného napätia využívajúci IC 4151 sa vyznačuje svojim vysoko lineárnym konverzným pomerom. Pri uvedených čiastkových hodnotách možno očakávať, že konverzný pomer obvodu bude okolo 1 V / kHz.

Ak sa na vstupe s frekvenciou 0 Hz použije jednosmerné napätie, výstup generuje zodpovedajúce napätie 0 V. Prevodný pomer na výstupe nikdy nie je ovplyvnený pracovným cyklom vstupnej štvorcovej frekvencie.

Pokiaľ je ale na vstup použitá sínusová frekvencia, musí byť v takom prípade signál pred zavedením na vstup IC 4151 vedený cez Schmittovu spúšť.

Ak máte záujem o iný konverzný pomer, môžete ho vypočítať pomocou nasledujúceho vzorca:

V (výstup) / f (vstup) = R3 x R7 x C2 / 0,486 (R4 + P1) x [V / Hz]

T1 = 1,1 x R3 x C2

Obvod môže byť dokonca spojený s výstupom meniča napätia na frekvenciu a použitý ako spôsob vysielania jednosmerných signálov cez rozšírené káblové pripojenie bez problémov s káblovým odporom, ktorý by signál zoslaboval.

2) Používanie konfigurácie VFC32

Predchádzajúci príspevok vysvetľoval jednoduchý jeden čip obvod meniča napätia na frekvenciu pomocou IC VFC32 sa tu dozvedáme, ako by sa ten istý IC mohol použiť na dosiahnutie aplikácie obvodu s prevodníkom napätia na opačnej frekvencii.

Na nasledujúcom obrázku je znázornená iná štandardná konfigurácia VFC32, ktorá umožňuje pracovať ako obvod prevodníka frekvencie na napätie.

Vstupný stupeň tvorený kapacitnou sieťou C3, R6 a R7 umožňuje, aby bol komparátorový vstup kompatibilný so všetkými logickými spúšťačmi 5 V. Komparátor zase prepína priradený jednorazový stupeň na každej klesajúcej hrane vstupných impulzov napájanej frekvencie.

Schéma zapojenia

Nastavený vstup referenčnej prahovej hodnoty pre komparátor detektora je okolo –0,7 V. V prípade, že frekvenčné vstupy môžu byť nižšie ako 5 V, je možné sieť potenciálneho rozdeľovača R6 / R7 vhodne upraviť na zmenu referenčnej úrovne a na umožnenie správnej detekcie nízkoúrovňových vstupov operačným zosilňovačom.

Ako je uvedené v graf v predchádzajúcom článku , hodnota C1 sa môže zvoliť v závislosti na celom rozsahu stupnice spúšťačov frekvenčného vstupu.

C2 je zodpovedný za filtrovanie a vyhladenie priebehu výstupného napätia, väčšie hodnoty C2 pomáhajú dosiahnuť lepšiu kontrolu nad vlnami napätia naprieč generovaným výstupom, ale odozva je pomalá na rýchlo sa meniace vstupné frekvencie, zatiaľ čo nižšie hodnoty C2 spôsobujú zlú filtráciu, ale ponúkajú rýchla odozva a prispôsobenie pomocou rýchlo sa meniacich vstupných frekvencií.

Hodnota R1 by mohla byť vylepšená pre dosiahnutie prispôsobeného rozsahu výstupného napätia výchylky v plnom rozsahu s odkazom na daný rozsah vstupnej frekvencie v celom rozsahu.

Ako funguje obvod frekvenčného meniča

Základná prevádzka navrhovaného obvodu meniča frekvencie na napätie je založená na teórii nabíjania a vyváženia. Frekvencia vstupného signálu sa počíta tak, aby zodpovedala výrazu V) (in) / R1, a táto hodnota sa spracuje príslušným operačným systémom IC prostredníctvom integrácie pomocou C2. Výsledok tejto integrácie vedie k poklesu výstupného napätia integrácie rampy.

Pokiaľ dôjde k uvedenému, spustí sa nasledujúci jednorazový stupeň, ktorý v priebehu jednorazovej operácie spojí referenčný prúd 1 mA so vstupom integrátora.

To zase vytočí odozvu výstupnej rampy a spôsobí jej stúpanie nahor. Toto pokračuje, kým je jednorázový záber ZAPNUTÝ, a akonáhle jeho doba uplynie, je rampa opäť nútená zmeniť smer a spôsobí návrat k klesajúcemu vzor.

Výpočet frekvencie

Vyššie uvedený proces oscilačnej odozvy umožňuje udržateľnú rovnováhu náboja (priemerný prúd) naprieč prúdom vstupného signálu a referenčným prúdom, čo sa rieši pomocou nasledujúcej rovnice:

I (in) = IR (ave)
V (in) / R1 = pre tos
(1ma)
Kde fo je frekvencia na výstupe je jednorazová perióda = 7500 C1 (Frarads)

Hodnoty R1 a C1 sú vhodne zvolené tak, aby poskytovali 25% pracovný cyklus v plnom rozsahu výstupného frekvenčného rozsahu. Pre FSD, ktoré môžu byť nad 200 kHz, by odporúčané hodnoty generovali približne 50% pracovný cyklus.

Rady pre aplikáciu:

Vysvetlená najlepšia možná oblasť použitia pre vyššie uvedené obvod meniča frekvencie na napätie je tam, kde požiadavka vyžaduje preklad údajov o frekvencii do údajov o napätí.

Napríklad tento obvod je možné použiť v tachometre a na meranie rýchlostí motorov v napäťových rozsahoch.

Tento obvod je teda možné použiť na zjednodušenie rýchlomery pre 2 kolesá vrátane bicyklov atď.

Diskutovaný IC možno použiť aj na dosiahnutie jednoduchých, lacných, ale presných meračov frekvencie doma pomocou voltmetrov na čítanie výstupnej konverzie.

3) Použitie IC LM2917

Toto je ďalšia vynikajúca séria IC, ktorú možno použiť na množstvo rôznych obvodových aplikácií. V podstate je to IC prevodník frekvencie na napätie (otáčkomer) s mnohými zaujímavými funkciami. Dozvieme sa viac.

Hlavné elektrické špecifikácie

Hlavné vlastnosti IC LM2907 ad LM2917 sú podčiarknuté nasledovne:

• Kolík vstupného otáčkomera, ktorý sa vzťahuje na zem, môže byť priamo kompatibilný so všetkými druhmi magnetických snímačov s meniacou sa neochotou.
• Výstupný kolík je prepojený s interne nastaveným spoločným kolektorovým tranzistorom, ktorý je schopný klesnúť až k 50 mA. To môže pracovať aj s relé alebo solenoidom priamo bez externých vyrovnávacích tranzistorov, LED a žiarovky môžu byť tiež integrované s výstupom vrátane a samozrejme môžu byť dodávané na vstupy CMOS.
• Čip môže zdvojnásobiť nízke frekvencie zvlnenia.
• Vstupy tachometra majú zabudovanú hysteréziu.
• Vstup tachometra odkazujúci na zem je úplne chránený proti výkyvom vstupnej frekvencie presahujúcim napájacie napätie IC alebo zápornému potenciálu pod nulou.

Podrobnosti o zapojení rôznych dostupných balíkov IC LM2907 a LM2917 sú uvedené na nasledujúcich obrázkoch:

Hlavné oblasti použitia tohto integrovaného obvodu sú:

• Snímanie rýchlosti : Môže sa použiť na snímanie rýchlosti otáčania alebo rýchlosti pohybujúceho sa prvku
• Frekvenčné meniče: Na prevod frekvencie na lineárne sa meniaci potenciálny rozdiel
• Dotykové spínače založené na vibráciách

Automobilový priemysel

Čip sa stáva obzvlášť užitočným v automobilovej oblasti, ako je uvedené v:

• Rýchlomery: Vo vozidlách na meranie rýchlostí
• Merače doby prerušenia bodu zlomu: Tiež použitie meracieho prístroja súvisiaceho s motorom vozidla.
• Šikovný tachometer: Čip sa dá použiť na výrobu ručných tachometrov.
• Regulátory rýchlosti: Zariadenie je možné použiť v prístrojoch na reguláciu rýchlosti alebo na riadenie rýchlosti
• Medzi ďalšie zaujímavé aplikácie modelu LM2907 / LM2917 IC patria: tempomat, ovládanie zámku dverí automobilu, ovládanie spojky, klaksón.

Aboslútne maximálne hodnotenie

(to znamená, že IC nesmú byť prekročené)

1. Napájacie napätie = 28V
2. Napájací prúd = 25mA
3. Napätie kolektora interného tranzistora = 28V
4. Vstupné napätie diferenciálneho tachomotora = 28V
5. Rozsah vstupného napätia = +/- 28V
6. Strata výkonu = 1 200 až 1 500 mW

Ostatné elektrické parametre

Zisk napätia = 200V / mV

Výstupný prúd = 40 až 50 mA

Pozoruhodné vlastnosti a výhody tohto integrovaného obvodu

1. Výstup nereaguje na nulové frekvencie a na výstupe tiež produkuje nulové napätie.
2. Nestálosť výstupu možno jednoducho vypočítať pomocou vzorca: VOUT = fIN × VCC × Rx × Cx
3. O funkcii IC zdvojnásobenia frekvencie rozhoduje jednoduchá RC sieť.
4. Zenerova svorka na čipe produkuje regulovanú a stabilizovanú konverziu frekvencie na napätie alebo prúd (iba v LM2917s)

Typická schéma zapojenia IC LM2907 / LM2917 je uvedená nižšie:

Viac informácií nájdete v tejto časti článok