Κύκλωμα μετατροπέα συχνότητας σε τάση

Ο μετατροπέας συχνότητας σε τάση μετατρέπει τις συχνότητες ή τους παλμούς στην αναλογική ηλεκτρική έξοδο όπως τάση ή ρεύμα. Είναι ένα σημαντικό εργαλείο για ηλεκτρομηχανικές μετρήσεις όπου συμβαίνουν επαναλαμβανόμενα συμβάντα. Έτσι, όταν παρέχουμε συχνότητα σε κύκλωμα μετατροπέα συχνότητας σε τάση, θα παρέχει αναλογική έξοδο DC. Εδώ χρησιμοποιούμε το KA331 IC για να δημιουργήσουμε ένα κύκλωμα μετατροπέα συχνότητας σε τάση.

KA331 IC

Το KA331 είναι ένας μετατροπέας τάσης σε συχνότητα που χρησιμοποιείται για την κατασκευή ενός απλού μετατροπέα αναλογικού προς ψηφιακό χαμηλού κόστους, αλλά μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως μετατροπέας συχνότητας σε τάση. Το 8-pin DIP IC μπορεί να λειτουργήσει σε ένα ευρύ φάσμα εύρους ζώνης από 1Hz έως 100 KHz. Έχει επίσης ένα ευρύ φάσμα τάσης τροφοδοσίας από 5V έως 40V. Το KA331 είναι το αντίστοιχο με το δημοφιλές LM331. Το LM331 μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε αυτό το κύκλωμα F-to-V.

Παρακάτω είναι το διάγραμμα ακίδων και το εσωτερικό κύκλωμα του KA331 που λαμβάνονται από το φύλλο δεδομένων,

Απαιτούμενο υλικό

1. KA331 IC - 1 τεμ
2. Κεραμικός πυκνωτής.01uF - 1pc
3. Κεραμικός πυκνωτής 470pF - 1pc
4. Ηλεκτρολυτικός πυκνωτής 1uF με βαθμολογία 16V
5. 10k αντίσταση με βαθμολογία σταθερότητας 1% MFR - 2τμχ
6. 100k αντίσταση με βαθμολογία σταθερότητας 1% MFR - 2τμχ
7. Αντίσταση 68k με βαθμολογία σταθερότητας 1% MFR - 1pc
8. Αντίσταση 6,8k με βαθμολογία σταθερότητας 1% MFR - 1pc
9. Ψωμί
10. Τροφοδοσία 15V
11. Μονόκλωνο σύρμα
12. Γεννήτρια συχνότητας ή γεννήτρια λειτουργίας για έλεγχο του συνολικού κυκλώματος.

Σχηματικό διάγραμμα

Λειτουργία κυκλώματος συχνότητας προς τάση

Το κύριο συστατικό του κυκλώματος είναι το KA331. Η είσοδος του κυκλώματος συνδέεται σε έναν πυκνωτή C1 470pF, ο οποίος συνδέεται περαιτέρω με τον πείρο κατωφλίου του KA331 (ακίδα 6). Οι αντιστάσεις R3 και R4 σχηματίζουν το κύκλωμα διαχωριστή τάσης που συνδέεται με το συγκριτικό PIN 7 του KA331. Ο πυκνωτής C3 και η αντίσταση R5 είναι ο χρονοδιακόπτης RC που παρέχει την απαιτούμενη ταλάντωση σε ολόκληρο τον πείρο 5. Η αντίσταση R2 παρέχει το ρεύμα αναφοράς σε ολόκληρο τον πείρο 2. Το κύκλωμα τροφοδοτείται με τάση 15v η οποία είναι συνδεδεμένη στον πείρο 8 του KA331.

Για τον υπολογισμό της τάσης εξόδου του κυκλώματος, ο τύπος είναι -

Vout = _{είσοδος} f x Τάση αναφοράς x (R _L / R _S) x (R _t x C _t)

Όπου η _{είσοδος} f είναι η συχνότητα, το R _L είναι η αντίσταση φορτίου, το R _S είναι η τρέχουσα αντίσταση πηγής, τα R _t και C _t είναι η αντίσταση και ο πυκνωτής του ταλαντωτή RC.

Επομένως, για το κύκλωμα μας, ο τύπος θα είναι -

Vout = f _{είσοδος} x Τάση αναφοράς x (R ₆ / R ₂) x (R ₅ x C ₃)

Σύμφωνα με το φύλλο δεδομένων, η τάση αναφοράς του KA331 είναι 1,89V. Έτσι, αν παρέχουμε 500 Hz σήματος εισόδου στο κύκλωμα για να πάρουμε την τάση εξόδου

Vout = 500 x 1,89 x (100k / 100k) x (6,8kx 0,001uf) Vout = 500 x 1,89 x 1 x (6800k x ^10-8) Vout = 0,064V ή 64mV

Έτσι, όταν εφαρμόζεται συχνότητα 500 Hz σε όλο το κύκλωμα, το κύκλωμα θα παρέχει έξοδο 64 mV.

Εδώ έχουμε κατασκευάσει το κύκλωμα στο breadboard.

Δοκιμή κυκλώματος συχνότητας προς τάση

Για να ελέγξετε το κύκλωμα, χρησιμοποιούνται τα ακόλουθα εργαλεία -

1. Επιστημονικό τροφοδοτικό PSD3205.
2. Γεννήτρια λειτουργίας Metravi FG3000.
3. UNI-T UT33D πολύμετρο.

Το κύκλωμα κατασκευάζεται με αντιστάσεις μεταλλικού φιλμ 1% και οι ανοχές των πυκνωτών δεν λαμβάνονται υπόψη. Η θερμοκρασία δωματίου ήταν 22 βαθμός Κελσίου κατά τη διάρκεια της δοκιμής.

Για να ελέγξετε το κύκλωμα, η τροφοδοσία πάγκου έχει ρυθμιστεί στην έξοδο 15V.

Η γεννήτρια λειτουργίας παρέχει περίπου 500 Hz ως έξοδο τετραγωνικού κύματος.

Για όσους δεν έχουν πρόσβαση στη γεννήτρια λειτουργίας, μπορεί να κατασκευαστεί ένα κύκλωμα χρονοδιακόπτη χρησιμοποιώντας το κλασικό LM555 IC ή ένα Arduino μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή γεννήτριας λειτουργίας. Ωστόσο, η εφαρμογή Android μπορεί επίσης να λειτουργήσει όπου δημιουργούνται σήματα μέσω της εξόδου των ακουστικών.

Το Multi-meter συνδέεται σε όλη την έξοδο και το εύρος επιλέγεται ως mili-volt.

Η έξοδος του πολύμετρου δείχνει την υπολογισμένη τιμή. Το κύκλωμα δίνει έξοδο 64 mV όταν το τετραγωνικό κύμα 500 Hz παρέχεται κατά μήκος της εισόδου.

Το λεπτομερές βίντεο εργασίας δίνεται στο τέλος, όπου δίδονται πολλαπλές είσοδοι και η τάση εξόδου αλλάζει στην αναλογία της τάσης εισόδου.

Βελτιώσεις

Αυτό το κύκλωμα μετατροπέα συχνότητας σε τάση μπορεί να κατασκευαστεί σε PCB για καλύτερη ακρίβεια. Το κρίσιμο τμήμα του κυκλώματος είναι ο ταλαντωτής RC. Ο ταλαντωτής RC πρέπει να τοποθετηθεί σε κοντινή απόσταση κατά μήκος του IC KA331. Σε μεγάλη απόσταση, το ίχνος χαλκού θα μπορούσε να παρασύρει την ταλάντωση καθώς θα προσθέσει επιπλέον αντίσταση και θα συμβάλει επίσης στην αδέσποτη χωρητικότητα. Απαιτείται επίσης το κατάλληλο επίπεδο γείωσης.

Εφαρμογές

Ο μετατροπέας συχνότητας σε τάση χρησιμοποιείται σε μετρήσεις και όργανα όπως το ταχύμετρο χρησιμοποιεί μετατροπέα συχνότητας σε τάση για τον υπολογισμό της ταχύτητας ενός κινητήρα Διαφορετικό είδος μετρητών μετρητών, τα ταχύμετρα χρησιμοποιούν επίσης αυτήν την τεχνική.