Un circuito convertidor de voltaje a frecuencia convierte un voltaje de entrada que varía proporcionalmente en una frecuencia de salida que varía proporcionalmente.
El primer diseño utiliza el IC VFC32, que es un dispositivo convertidor de voltaje a frecuencia avanzado de BURR-BROWN diseñado específicamente para producir una respuesta de frecuencia extremadamente proporcional al voltaje de entrada alimentado para una aplicación de circuito convertidor de voltaje a frecuencia dado.
Cómo funciona el dispositivo
Si el voltaje de entrada varía, la frecuencia de salida lo sigue y varía proporcionalmente con un gran grado de precisión.
La salida del IC tiene la forma de un transistor de colector abierto, que simplemente necesita una resistencia pull up externa conectada con una fuente de 5V para que la salida sea compatible con todos los dispositivos CMOS, TTL y MCU estándar.
Se podría esperar que la salida de este IC sea altamente inmune al ruido y con una excelente linealidad.
El rango de escala completa de conversión de salida se determina con la inclusión de una resistencia y un condensador externos, que pueden dimensionarse para adquirir un rango de respuesta razonablemente amplio.
Características principales de VFC32
El dispositivo VFC32 también está equipado con la característica de trabajar de manera opuesta, es decir, puede configurarse para funcionar también como un convertidor de frecuencia a voltaje, con una precisión y eficiencia similares. Discutiremos sobre esto en nuestro próximo artículo en detalle.
El CI puede adquirirse en diferentes paquetes según las necesidades de su aplicación.
La primera figura a continuación muestra una configuración de circuito de convertidor de voltaje a frecuencia estándar donde R1 se usa para configurar el rango de detección del voltaje de entrada.
Habilitación de una detección de escala completa
Se puede seleccionar una resistencia de 40k para obtener una detección de entrada de escala completa de 0 a 10 V, se pueden lograr otros rangos simplemente resolviendo la siguiente fórmula:
R1 = Vfs / 0,25 mA
Preferiblemente, R1 debe ser de tipo MFR para garantizar una estabilidad mejorada. Al ajustar el valor de R1, se puede recortar el rango de voltaje de entrada disponible.
Para lograr un rango FSD de salida ajustable, se introduce C1 cuyo valor se puede seleccionar apropiadamente para asignar cualquier rango de conversión de frecuencia de salida deseado, aquí en la figura se selecciona para dar una escala de 0 a 10 kHz para un rango de entrada de 0 a 10V.
Sin embargo, debe tenerse en cuenta que la calidad de C1 puede afectar o influir directamente en la linealidad o precisión de la salida, por lo que se recomienda el uso de un condensador de alta calidad. Un tantalio quizás se convierta en un buen candidato para este tipo de campo de aplicación.
Para rangos más altos del orden de 200 kHz y superiores, se puede optar por un condensador más grande por C1, mientras que R1 puede fijarse en 20k.
El condensador asociado C2 no necesariamente produce un impacto en el funcionamiento de C1, sin embargo, el valor de C2 no debe cruzar un límite dado. El valor de C2, como se muestra en la figura siguiente, no debe reducirse, aunque aumentar su valor por encima de este podría estar bien
Salida de frecuencia
El pinout de frecuencia del IC está configurado internamente como un transistor de colector abierto, lo que significa que la etapa de salida conectada con este pin experimentará solo una respuesta de voltaje / corriente descendente (lógica baja) para el voltaje propuesto a la conversión de frecuencia.
Para obtener una respuesta lógica alterna en lugar de solo una respuesta de 'corriente de hundimiento' (lógica baja) de este pinout, necesitamos conectar una resistencia pull up externa con un suministro de 5V como se indica en el segundo diagrama anterior.
Esto asegura una respuesta lógica alta / baja que varía alternativamente en este pinout para la etapa del circuito externo conectado.
Posibles aplicaciones
El circuito convertidor de voltaje a frecuencia explicado se puede utilizar para muchas aplicaciones específicas de usuario y se puede personalizar para cualquier requisito relevante. Una de esas aplicaciones podría ser la fabricación de un medidor de potencia digital para registrar el consumo de electricidad para una carga determinada.
La idea es conectar una resistencia de detección de corriente en serie con la carga en cuestión y luego integrar la acumulación de corriente en desarrollo a través de esta resistencia con el voltaje explicado anteriormente al circuito del convertidor de frecuencia.
Dado que la corriente acumulada a través de la resistencia de detección sería proporcional al consumo de carga, estos datos se convertirían de forma precisa y proporcional en frecuencia mediante el circuito explicado.
La conversión de frecuencia podría integrarse aún más con un circuito contador de frecuencia IC 4033 para obtener la lectura calibrada digital del consumo de carga, y esto podría almacenarse para una evaluación futura.
Cortesía: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/vfc32.pdf
2) Utilizando IC 4151
El siguiente circuito convertidor de frecuencia a voltaje de alto rendimiento se basa en unos pocos componentes y un circuito de conmutación basado en IC. Con los valores de las piezas indicados en el esquema, la relación de conversión se logra con una respuesta lineal de aprox. 1%. Cuando se aplica un voltaje de entrada de 0 V-10 V, se convierte en una magnitud proporcional de voltaje de salida de onda cuadrada de 0 a 10 kHz.
A través del potenciómetro P1, el circuito podría ajustarse para garantizar que un voltaje de entrada de 0 V genere una frecuencia de salida de 0 Hz. Los componentes encargados de fijar el rango de frecuencia son las resistencias R2, R3, R5, P1 junto con el condensador C2.
Aplicando las fórmulas que se muestran a continuación, la relación de conversión de voltaje a frecuencia puede transformarse para que el circuito funcione extremadamente bien para varias aplicaciones únicas.
Al determinar el producto de T = 1.1.R3.C2, debe asegurarse de que esté siempre por debajo de la mitad del período de salida mínimo, lo que significa que el pulso de salida positivo debe ser invariablemente mínimo siempre que el pulso negativo.
f0 / Win = [0,486. (R5 + P1) / R2. R3. C2]. [kHz / V]
T = 1,1. R3. C2
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