Spanning naar frequentieomvormer met behulp van AD654

Een spanning-naar-frequentieomvormer (VFC) is een oscillator die een blokgolf afgeeft, waarvan de frequentie lineair evenredig is met de ingangsspanning. De output-blokgolf kan direct worden toegevoerd aan een digitale pin van een microcontroller om de DC-ingangsspanning nauwkeurig te meten, wat betekent dat de ingangsspanning kan worden gemeten met 8051 of een andere microcontroller die geen ingebouwde ADC heeft.

VFC wordt vaak verward met spanningsgestuurde oscillator (VCO), maar VFC's hebben veel voordelen en verbeterde prestatiespecificaties die een (VCO) niet heeft, zoals dynamisch bereik, lage lineariteitsfout, stabiliteit met temperatuur en voedingsspanning en nog veel meer. Het omgekeerde van VFC is ook mogelijk: frequentie naar spanningsconversie, wat we al in de vorige tutorial hebben gedemonstreerd.

Hier wordt IC AD654 in dit circuit gebruikt om de werking te demonstreren, wat een monolithische spanning is naar een frequentieomvormer. Een oscilloscoop wordt ook gebruikt om de output blokgolf te laten zien.

IC AD654

AD654 is een spannings-naar-frequentieomvormer- IC en wordt geleverd in een 8-pins DIP-pakket. Het is gemaakt van een ingangsversterker, een zeer nauwkeurige ingebouwde oscillator en een open-collector-uitgangsdriver met hoge stroom waarmee de IC tot 12 TTL-belastingen, optocouplers, lange kabels of vergelijkbare belastingen kan aansturen en kan worden gebruikt in tussen (5-30) Volt. Een ander ding om te vermelden is dat, in tegenstelling tot andere IC's, de AD654 IC een blokgolf uitvoert, dus het is gemakkelijk voor een microcontroller om de metingen te meten. Enkele van de meest interessante kenmerken van deze chip staan ​​hieronder vermeld.

Kenmerken:

• Brede ingangsspanning ± 30 V
• Volledige frequentie tot 500 kHz
• Hoge ingangsimpedantie van 125MΩ,
• Laag verloop (4 µV / ° C)
• 2,0 mA ruststroom
• Lage offset 1 mV
• Een minimale vereiste voor externe componenten

Componenten vereist

Sl. Nr	Onderdelen	Type	Aantal stuks
1	AD654	IC	1
2	LM7805	Spanningsregelaar IC	1
3	1000pF	Condensator	1
4	0.1uF	Condensator	1
5	470uF, 25V	Condensator	1
6	10K, 1%	Weerstand	4
7	Potentiometer, 10K	Variabele weerstand	1
8	Voedingseenheid	12V, gelijkstroom	1
9	Draad met enkele maat	Algemeen	6
10	Breadboard	Algemeen	1

Schematisch diagram

Het schema voor dit circuit van de spanning-naar-frequentieomvormer is afkomstig uit het gegevensblad en er zijn enkele externe componenten toegevoegd om het circuit voor deze demonstratie aan te passen

Deze schakeling is gebouwd op een soldeerloos breadboard met de componenten die in het schema worden weergegeven, voor demonstratiedoeleinden is een potentiometer toegevoegd in het ingangsgedeelte van de versterker om de ingangsspanning te variëren en daarmee kunnen we de verandering in uitgang observeren.

Notitie! Alle componenten zijn zo dicht mogelijk geplaatst om de inductantie en weerstand van de parasitaire capaciteit te verminderen.

Hoe werkt het apparaat?

De interne operationele versterker wordt gebruikt als de ingang, en is er om de ingangsspanning om te zetten in stuurstroom voor de NPN-volger wanneer een stuurstroom van 1 mA wordt geleverd aan de stroom naar een frequentieomvormer. Het laadt de externe timingcondensator op en dit schema stelt de oscillator in staat om niet-lineariteit te bieden over het totale spanningsbereik van 100 nA tot 2mA. Deze uitgang gaat ook naar een uitgangsdriver die slechts een NPN-vermogenstransistor is met een open collector waaruit we de uitgang kunnen halen

Berekeningen

Om de uitgangsfrequentie van het circuit theoretisch te berekenen, kan de volgende formule worden gebruikt

Fout = Vin / 10 * Rt * Ct

Waar,

• Fout is de uitgangsfrequentie
• Vin is de ingangsspanning van het circuit,
• Rt is de weerstand voor de RC-oscillator
• Ct is de condensator voor de Rc-oscillator

Bijvoorbeeld,

• Vin is 0,1 V of 100 mV
• Rt is 10000K of 10K
• Ct zijn 0.001uF of 1000pF

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

Dus als 0,1 V wordt toegepast op de ingang van het circuit, krijgen we 1 kHz in de uitgang

Testen van spanning naar frequentieomvormer

Om het circuit te testen, worden de volgende tools gebruikt

1. 12V schakelende voeding (SMPS)
2. Meco 108B + multimeter
3. Hantech 600BE USB PC-oscilloscoop

Om het circuit te construeren, worden 1% metaalfilmweerstanden gebruikt en wordt geen rekening gehouden met de tolerantie van de condensatoren. De kamertemperatuur was tijdens het testen 22 graden Celsius

Test opstelling

Zoals u kunt zien, is de DC-ingangsspanning 11,73 V

En de spanning op de ingangspen van het IC is 104,8 mV

Hier kun je zien dat de output op mijn DSO 1,045 kHz is.

Een gedetailleerde video van het werkende circuit wordt hieronder gegeven waar meerdere inputs werden gegeven en de frequentie veranderde in de verhouding van de ingangsspanning.

Verdere verbetering

Door de schakeling op een printje te maken kan de stabiliteit verbeterd worden, ook kunnen weerstanden en condensatoren met 0,5% toleranties gebruikt worden om de nauwkeurigheid te verbeteren. Het belangrijkste onderdeel van dit circuit is het RC-oscillatorgedeelte, dus de RC-oscillator moet zo dicht mogelijk bij de ingangspennen worden geplaatst, anders kan de startcapaciteit en weerstand van de PCB-sporen of het onderdeel de nauwkeurigheid van het circuit verminderen.

Toepassingen

Dit is een zeer nuttige IC en kan voor veel toepassingen worden gebruikt, waarvan er enkele hieronder worden vermeld

• AD654 VFC als een ADC
• Frequentieverdubbelaar
• Temperatuursensor met thermokoppel
• Spanningsmeter
• Functiegenerator
• Zelfaanpassende precisieklok

Ik hoop dat je dit artikel leuk vond en er iets nieuws van hebt geleerd. Als u twijfelt, kunt u dit in de onderstaande opmerkingen stellen of onze forums gebruiken voor een gedetailleerde discussie.