3 Frequenz-Spannungswandler-Schaltkreise erklärt

Wie der Name schon sagt, sind Frequenz-Spannungs-Wandler Geräte, die einen variierenden Frequenzeingang in einen entsprechend variierenden Ausgangsspannungspegel umwandeln.

Hier untersuchen wir drei einfache und dennoch fortschrittliche Designs mit IC 4151, IC VFC32 und IC LM2907.

1) Verwenden von IC 4151

Diese Frequenzspannungswandlerschaltung unter Verwendung des IC 4151 zeichnet sich durch ihr hochlineares Umwandlungsverhältnis aus. Mit den angegebenen Teilewerten kann ein Umwandlungsverhältnis der Schaltung von etwa 1 V / kHz erwartet werden.

Wenn am Eingang eine Gleichspannung mit einer Frequenz von 0 Hz verwendet wird, erzeugt der Ausgang eine entsprechende Spannung von 0 V. Das Umwandlungsverhältnis am Ausgang wird niemals durch das Tastverhältnis der Eingangsquadrat-Ave-Frequenz beeinflusst.

Wenn jedoch am Eingang eine Sinusfrequenz angelegt wird, muss in dieser Situation das Signal durch einen Schmitt-Trigger geleitet werden, bevor es in den IC 4151-Eingang eingeführt wird.

Wenn Sie an einem anderen Conversion-Verhältnis interessiert sind, können Sie es mit der folgenden Formel berechnen:

V (out) / f (in) = R3 × R7 × C2 / 0,486 (R4 + P1) × [V / Hz]

T1 = 1,1 x R3 x C2

Die Schaltung kann sogar an den Ausgang eines Spannungs-Frequenz-Wandlers gekoppelt und zum Senden von Gleichstromsignalen über eine erweiterte Kabelverbindung verwendet werden, ohne dass der Kabelwiderstand das Signal dämpft.

2) Verwenden der VFC32-Konfiguration

Der vorherige Beitrag erklärte einen einfachen Einzelchip Spannungs-Frequenz-Wandler-Schaltung Unter Verwendung des IC VFC32 erfahren wir hier, wie derselbe IC verwendet werden kann, um eine Anwendung mit entgegengesetzter Frequenz zur Spannungswandlerschaltung zu erreichen.

Die folgende Abbildung zeigt eine andere Standard-VFC32-Konfiguration, die es ermöglicht, als Frequenz-Spannungs-Wandlerschaltung zu arbeiten.

Die durch das kapazitive Netzwerk von C3, R6 und R7 gebildete Eingangsstufe macht den Komparator-Eingang mit allen 5-V-Logik-Triggern kompatibel. Der Komparator schaltet seinerseits die zugehörige One-Shot-Stufe bei jeder fallenden Flanke der eingespeisten Frequenz-Eingangsimpulse um.

Schaltplan

Der für den Detektorkomparator eingestellte Schwellenreferenzeingang liegt bei –0,7 V. Falls die Frequenzeingänge niedriger als 5 V sein können, kann das Potentialteilernetzwerk R6 / R7 geeignet eingestellt werden, um den Referenzpegel zu ändern und eine ordnungsgemäße Erkennung der Frequenzeingänge mit niedrigem Pegel durch den Operationsverstärker zu ermöglichen.

Wie in der Grafik im vorherigen Artikel kann der C1-Wert in Abhängigkeit vom vollen Skalenbereich der Frequenzeingangstrigger ausgewählt werden.

C2 wird für das Filtern und Glätten der Ausgangsspannungswellenform verantwortlich. Größere Werte von C2 tragen zu einer besseren Kontrolle der Spannungswelligkeiten über den erzeugten Ausgang bei, aber die Reaktion auf sich schnell ändernde Eingangsfrequenzen ist träge, während kleinere Werte von C2 eine schlechte Filterung verursachen, aber bieten Schnelle Reaktion und Anpassung mit den sich schnell ändernden Eingangsfrequenzen.

Der R1-Wert könnte angepasst werden, um einen angepassten Ausgangsspannungsbereich für die vollständige Ablenkung in Bezug auf einen gegebenen Eingangsfrequenzbereich im vollen Maßstab zu erreichen.

Funktionsweise der Frequenzumrichterwandlerschaltung

Die Grundoperation der vorgeschlagenen Frequenz-Spannungs-Wandlerschaltung basiert auf einer Ladungs- und Gleichgewichtstheorie. Die Eingangssignalfrequenz wird so berechnet, dass sie dem Ausdruck V) (in) / R1 entspricht, und dieser Wert wird vom relevanten IC-Operationsverstärker durch Integration mit Hilfe von C2 verarbeitet. Das Ergebnis dieser Integration führt zu einer fallenden Ausgangsspannung der Rampenintegration.

Während das oben Genannte stattfindet, wird die nachfolgende One-Shot-Stufe ausgelöst, wobei der 1-mA-Referenzstrom im Verlauf des One-Shot-Vorgangs mit dem Integratoreingang verbunden wird.

Dies wiederum kippt die Reaktion der Ausgangsrampe um und bewirkt, dass sie nach oben steigt. Dies setzt sich fort, während der One-Shot eingeschaltet ist. Sobald ihre Periode abgelaufen ist, muss die Rampe erneut ihre Richtung ändern und kehrt zum Abwärtsfallen zurück Muster.

Berechnung der Frequenz

Der obige oszillierende Antwortprozess ermöglicht ein anhaltendes Ladungsgleichgewicht (Durchschnittsstrom) über den Eingangssignalstrom und den Referenzstrom, das mit der folgenden Gleichung gelöst wird:

I (in) = IR (ave)
V (in) / R1 = fo tos
(1ma)
Wobei fo die Frequenz am Ausgang ist, ist die One-Shot-Periode = 7500 C1 (Frarads)

Die Werte für R1 und C1 werden entsprechend ausgewählt, um ein Tastverhältnis von 25% im vollen Ausgangsfrequenzbereich zu erhalten. Für FSD, die über 200 kHz liegen können, würden die empfohlenen Werte ein Tastverhältnis von etwa 50% erzeugen.

Anwendungshinweise:

Der bestmögliche Anwendungsbereich für das oben erläuterte Frequenz-Spannungswandler-Schaltung Hier erfordert die Anforderung eine Übersetzung von Frequenzdaten in Spannungsdaten.

Zum Beispiel kann diese Schaltung in verwendet werden Drehzahlmesser und zum Messen der Drehzahl von Motoren in Spannungsbereichen.

Diese Schaltung kann somit zur Vereinfachung verwendet werden Tachometer für 2 Räder inklusive Fahrräder etc.

Der diskutierte IC kann auch verwendet werden, um zu Hause einfache, kostengünstige und dennoch genaue Frequenzmesser zu erhalten, wobei Voltmeter zum Ablesen der Ausgangsumwandlung verwendet werden.

3) Verwenden des IC LM2917

Dies ist eine weitere hervorragende IC-Serie, die für eine Vielzahl verschiedener Schaltungsanwendungen verwendet werden kann. Grundsätzlich handelt es sich um einen Frequenz-Spannungswandler-IC (Drehzahlmesser) mit vielen interessanten Funktionen. Lass uns mehr lernen.

Elektrische Hauptspezifikationen

Die Hauptmerkmale des IC LM2907 und LM2917 werden wie folgt unterstrichen:

• Der auf Masse bezogene Eingangstachometerstift kann direkt mit allen Arten von Magnetaufnehmern mit unterschiedlicher Reluktanz kompatibel gemacht werden.
• Der Ausgangspin ist mit einem intern eingestellten gemeinsamen Kollektortransistor verbunden, der bis zu 50 mA aufnehmen kann. Dies kann sogar ein Relais oder einen Magneten direkt ohne externe Puffertransistoren betreiben, LEDs und Lampen können ebenfalls in den Ausgang integriert werden und können natürlich auf CMOS-Eingänge bezogen werden.
• Der Chip kann niedrige Welligkeitsfrequenzen verdoppeln.
• Die Drehzahlmessereingänge verfügen über eine integrierte Hysterese.
• Der auf Masse bezogene Drehzahlmessereingang ist vollständig gegen Eingangsfrequenzschwankungen geschützt, die die Versorgungsspannung des IC oder ein negatives Potential unter Null überschreiten.

Die Pinbelegungsdetails der verschiedenen verfügbaren Pakete des IC LM2907 und LM2917 sind in den folgenden Abbildungen zu sehen:

Die Hauptanwendungsbereiche dieses IC sind:

• Geschwindigkeitserkennung : Kann zum Erfassen einer Drehzahl oder der Geschwindigkeit eines sich bewegenden Elements verwendet werden
• Frequenzumrichter: Zur Umwandlung von Frequenzen in linear variierende Potentialdifferenzen
• Vibrationsbasierte Berührungsschaltersensoren

Automobil

Der Chip wird besonders nützlich im Automobilbereich, wie unter:

• Tachometer: In Fahrzeugen zur Geschwindigkeitsmessung
• Breaker Point Dwell Meter: Auch eine fahrzeugmotorbezogene Messgeräteanwendung.
• Handlicher Drehzahlmesser: Mit dem Chip können handgehaltene Drehzahlmesser hergestellt werden.
• Geschwindigkeitsregler: Das Gerät kann in Geschwindigkeitsregelungs- oder Geschwindigkeitsregelungsinstrumenten eingesetzt werden
• Weitere interessante Anwendungen des IC LM2907 / LM2917 sind: Tempomat, Türverriegelungssteuerung für Kraftfahrzeuge, Kupplungssteuerung, Hupensteuerung.

Absolut beste Bewertungen

(dh die Bewertungen, die nicht überschritten werden dürfen, des IC sind)

1. Versorgungsspannung = 28V
2. Versorgungsstrom = 25mA
3. Interne Transistorkollektorspannung = 28V
4. Differenzielle Tachomter-Eingangsspannung = 28V
5. Eingangsspannungsbereich = +/- 28V
6. Verlustleistung = 1200 bis 1500 mW

Andere elektrische Parameter

Spannungsverstärkung = 200 V / mV

Ausgangssenkenstrom = 40 bis 50 mA

Markante Eigenschaften und Vorteile dieses IC

1. Der Ausgang reagiert nicht auf Nullfrequenzen und erzeugt auch am Ausgang eine Nullspannung.
2. Die Ausgangsspannung kann einfach mit der Formel berechnet werden: VOUT = fIN × VCC × Rx × Cx
3. Ein einfaches RC-Netzwerk entscheidet über die Frequenzverdopplungsfunktion des IC.
4. Eine On-Chip-Zenerklemme erzeugt eine geregelte und stabilisierte Umwandlung von Frequenz in Spannung oder Strom (nur in LM2917s).

Ein typisches Anschlussdiagramm des IC LM2907 / LM2917 ist unten dargestellt:

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