Como su nombre indica, los convertidores de frecuencia a voltaje son dispositivos que convierten una entrada de frecuencia variable en niveles de voltaje de salida correspondientes.
Aquí estudiamos tres diseños sencillos pero avanzados utilizando IC 4151, IC VFC32 e IC LM2907.
1) Utilizando IC 4151
Este circuito convertidor de voltaje de frecuencia que utiliza IC 4151 se caracteriza por su relación de conversión altamente lineal. Con los valores de las partes indicadas, se puede esperar que la relación de conversión del circuito sea de alrededor de 1 V / kHz.
Cuando se usa un voltaje de CC en la entrada que tiene una frecuencia de 0 Hz, la salida genera un voltaje correspondiente de 0 V. La relación de conversión en la salida nunca se ve afectada por el ciclo de trabajo de la frecuencia de entrada cuadrática media.
Pero, si se aplica una frecuencia de onda sinusoidal en la entrada, en esa situación la señal debe pasar a través de un disparador Schmitt antes de introducirla en la entrada IC 4151.
Si está interesado en tener una tasa de conversión diferente, puede calcularla usando la siguiente fórmula:
V (salida) / f (entrada) = R3 x R7 x C2 / 0,486 (R4 + P1) x [V / Hz]
T1 = 1,1 x R3 x C2
El circuito puede incluso acoplarse a la salida de un convertidor de voltaje a frecuencia y usarse como una forma de enviar señales de CC a través de una conexión de cable extendida sin que la resistencia del cable atenúe la señal.
2) Uso de la configuración de VFC32
La publicación anterior explicaba un solo chip simple circuito convertidor de voltaje a frecuencia utilizando el IC VFC32, aquí aprendemos cómo se puede utilizar el mismo IC para lograr una aplicación de circuito convertidor de frecuencia opuesta a la de voltaje.
La siguiente figura muestra otra configuración estándar de VFC32 que le permite funcionar como un circuito convertidor de frecuencia a voltaje.
La etapa de entrada formada por la red capacitiva de C3, R6 y R7 hace que la entrada del comparador sea compatible con todos los disparadores lógicos de 5V. El comparador a su vez alterna la etapa de un disparo asociado en cada flanco descendente de los pulsos de entrada de frecuencia alimentados.
Diagrama de circuito
La entrada de referencia de umbral establecida para el comparador de detectores es de aproximadamente –0,7 V. En caso de que las entradas de frecuencia sean inferiores a 5 V, la red de divisores de potencial R6 / R7 se puede ajustar adecuadamente para cambiar el nivel de referencia y para permitir la detección adecuada de las entradas de frecuencia de bajo nivel por el opamp.
Como se muestra en la gráfico en el artículo anterior , el valor C1 se puede seleccionar dependiendo del rango de escala completa de los disparadores de entrada de frecuencia.
C2 se hace responsable de filtrar y suavizar la forma de onda del voltaje de salida, los valores más grandes de C2 ayudan a lograr un mejor control sobre las ondas de voltaje en la salida generada, pero la respuesta es lenta a las frecuencias de entrada que varían rápidamente, mientras que los valores más pequeños de C2 causan una filtración pobre pero ofrecen respuesta y ajuste rápidos con las frecuencias de entrada que cambian rápidamente.
El valor de R1 podría ajustarse para lograr un rango de voltaje de salida de deflexión de escala completa personalizado con referencia a un rango de frecuencia de entrada de escala completa dado.
Cómo funciona el circuito convertidor de frecuencia a voltaje
El funcionamiento básico del circuito convertidor de frecuencia a voltaje propuesto se basa en una teoría de carga y equilibrio. La frecuencia de la señal de entrada se calcula de acuerdo con la expresión V) (in) / R1, y este valor es procesado por el IC opamp relevante a través de la integración con la ayuda de C2. El resultado de esta integración da lugar a una caída de la tensión de salida de integración de rampa.
Mientras se lleva a cabo lo anterior, se activa la siguiente etapa one-shot, conectando la corriente de referencia de 1 mA con la entrada del integrador en el curso de la operación one-shot.
Esto a su vez invierte la respuesta de la rampa de salida y hace que suba hacia arriba, esto continúa mientras el one-shot está ENCENDIDO, y tan pronto como transcurre su período, la rampa nuevamente se ve obligada a cambiar su dirección y hace que vuelva a la caída hacia abajo. patrón.
Calcular la frecuencia
El proceso de respuesta oscilante anterior permite un equilibrio sostenido de carga (corriente promedio) entre la corriente de señal de entrada y la corriente de referencia, que se resuelve con la siguiente ecuación:
Yo (adentro) = IR (ave)
V (pulg) / R1 = fo tos
(1ma)
Donde fo es la frecuencia en la salida t es el período de una sola vez = 7500 C1 (Frarads)
Los valores para R1 y C1 se seleccionan apropiadamente para dar como resultado un ciclo de trabajo del 25% en el rango de frecuencia de salida de escala completa. Para FSD que puede estar por encima de 200 kHz, los valores recomendados generarían un ciclo de trabajo de alrededor del 50%.
Sugerencias de aplicación:
La mejor área de aplicación posible para lo explicado anteriormente. circuito convertidor de frecuencia a voltaje es donde el requisito exige una traducción de datos de frecuencia en datos de voltaje.
Por ejemplo, este circuito se puede utilizar en tacómetros y para medir velocidades de motores en rangos de voltaje.
Por tanto, este circuito se puede utilizar para simplificar velocímetros para vehículos de 2 ruedas, incluidas bicicletas, etc.
El IC discutido también se puede usar para lograr medidores de frecuencia simples, económicos pero precisos en el hogar, usando voltímetros para leer la conversión de salida.
3) Utilizando IC LM2917
Esta es otra excelente serie de circuitos integrados que se puede utilizar para una multitud de aplicaciones de circuitos diferentes. Básicamente es un CI convertidor de frecuencia a voltaje (tacómetro) con muchas características interesantes. Aprendamos más.
Especificaciones eléctricas principales
Las principales características del IC LM2907 ad LM2917 se subrayan a continuación:
- La clavija del tacómetro de entrada que está referenciada a tierra se puede hacer directamente compatible con todo tipo de captadores magnéticos que tengan una reticencia variable.
- El pin de salida está vinculado con un transistor colector común configurado internamente que puede hundirse hasta 50 mA. Esto puede operar incluso un relé o un solenoide directamente sin transistores de búfer externos, los LED y las lámparas también se pueden integrar con la salida incluida y, por supuesto, se pueden derivar a entradas CMOS.
- El chip puede duplicar las bajas frecuencias de ondulación.
- Las entradas del tacómetro tienen histéresis incorporada.
- La entrada del tacómetro con referencia a tierra está completamente protegida contra variaciones de frecuencia de entrada que excedan el voltaje de suministro del IC o el potencial negativo por debajo de cero.
Los detalles de los pines de los diversos paquetes disponibles del IC LM2907 y LM2917 se pueden ver en las siguientes imágenes:
Las principales áreas de aplicación de este CI son:
- Detección de velocidad : Puede usarse para detectar una velocidad de rotación o la tasa de un elemento en movimiento
- Convertidores de frecuencia: para convertir la frecuencia en una diferencia de potencial que varía linealmente
- Sensores de interruptor táctil basados en vibraciones
Automotor
El chip se vuelve especialmente útil en el campo de la automoción, como se indica en:
- Velocímetros: en vehículos para medir velocidades
- Medidores de permanencia del punto de disyuntor: también una aplicación de instrumentos de medición relacionada con el motor del vehículo.
- Tacómetro práctico: el chip se puede utilizar para fabricar tacómetros portátiles.
- Controladores de velocidad: el dispositivo se puede aplicar en control de velocidad o en instrumentos de control de velocidad
- Otras aplicaciones interesantes de LM2907 / LM2917 IC incluyen: control de crucero, control de bloqueo de puertas de automóviles, control de embrague, control de bocina.
Índices absolutos máximos
(es decir, las calificaciones que no deben excederse, del IC son)
- Voltaje de suministro = 28 V
- Corriente de suministro = 25 mA
- Voltaje interno del colector del transistor = 28 V
- Voltaje de entrada diferencial del tacómetro = 28V
- Rango de voltaje de entrada = +/- 28V
- Disipación de potencia = 1200 a 1500 mW
Otros parámetros eléctricos
Ganancia de voltaje = 200 V / mV
Corriente del disipador de salida = 40 a 50 mA
Características y ventajas sorprendentes de este circuito integrado
- La salida no responde a frecuencias cero y también produce voltaje cero en la salida.
- La volatilidad de salida se puede calcular simplemente usando la fórmula: VOUT = fIN × VCC × Rx × Cx
- Una simple red RC decide la función de duplicación de frecuencia del IC.
- Una pinza zener en chip produce una frecuencia regulada y estabilizada a conversión de voltaje o corriente (solo en LM2917s)
A continuación se muestra un diagrama de conexión típico del IC LM2907 / LM2917:
Para obtener más información, puede consultar este artículo
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