- IC AD654
- Potrebne komponente
- Shematski diagram
- Kako deluje naprava?
- Izračuni
- Preskušanje pretvornika napetosti v frekvenco
- Nadaljnje izboljšanje
- Aplikacije
Pretvornik napetosti v frekvenco (VFC) je oscilator, ki oddaja kvadratni val, katerega frekvenca je linearno sorazmerna vhodni napetosti. Izhodni kvadratni val se lahko napaja neposredno na digitalni pin mikrokrmilnika za natančno merjenje enosmerne vhodne napetosti, kar pomeni, da je vhodno napetost mogoče izmeriti z uporabo 8051 ali katerega koli drugega mikrokrmilnika, ki nima vgrajenega ADC.
VFC se pogosto zamenja z oscilatorjem z nadzorovanim napetostjo (VCO), vendar imajo VFC številne prednosti in izboljšane specifikacije zmogljivosti, ki jih (VCO) nima, kot so dinamični razpon, nizka linearna napaka, stabilnost s temperaturo in napajalno napetostjo in še veliko več. Nasprotno od VFC je možna tudi pretvorba frekvence v napetost, kar smo že pokazali v prejšnji vadnici.
Tu se v tem vezju uporablja IC AD654 za prikaz delovanja, ki je monolitna napetost na frekvenčni pretvornik. Za prikaz izhodnega kvadratnega vala se uporablja tudi osciloskop.
IC AD654
AD654 je pretvornik napetosti v frekvenco IC in je v 8-polnem DIP paketu. Narejen je iz vhodnega ojačevalnika, zelo natančnega vgrajenega oscilatorja in izhodnega gonilnika z visokotokovnim odprtim kolektorjem, ki IC omogoča vožnjo do 12 obremenitev TTL, optičnih sklopnikov, dolgih kablov ali podobnih obremenitev in lahko deluje v med (5-30) voltov. Treba je omeniti še to, da za razliko od drugih IC, AD654 IC oddaja kvadratni val, zato mikrokrmilnik enostavno izmeri odčitke. Nekaj najbolj zanimivih lastnosti tega čipa, naštetih spodaj.
Lastnosti:
- Široka vhodna napetost ± 30 V
- Celovita frekvenca do 500 kHz
- Visoka vhodna impedanca 125MΩ,
- Nizek premik (4 µV / ° C)
- 2,0 mA mirovalni tok
- Nizek odmik 1 mV
- Minimalna zahteva za zunanje komponente
Potrebne komponente
Sl.Št. | Deli | Tip | Količina |
1. | AD654 | IC | 1. |
2. | LM7805 | IC napetostnega regulatorja | 1. |
3. | 1000pF | Kondenzator | 1. |
4. | 0,1uF | Kondenzator | 1. |
5. | 470uF, 25V | Kondenzator | 1. |
6. | 10K, 1% | Upor | 4. |
7. | Potenciometer, 10K | Spremenljiv upor | 1. |
8. | Napajalna enota | 12V, enosmerno | 1. |
9. | Enožična žica | Splošno | 6. |
10. | Breadboard | Splošno | 1. |
Shematski diagram
Shema tega vezja pretvornika napetosti v frekvenco je vzeta iz podatkovnega lista in dodane so bile nekatere zunanje komponente za spreminjanje vezja za to predstavitev
To vezje je izdelano na plošči brez spajkanja s komponentami, ki so prikazane v shemi, za demonstracijo pa je v vhodnem delu ojačevalnika dodan potenciometer za spreminjanje vhodne napetosti in s tem lahko opazimo spremembo v izhodu.
Opomba! Vse komponente so nameščene čim bližje, da se zmanjša induktivnost in upor parazitske kapacitivnosti.
Kako deluje naprava?
Notranji operacijski ojačevalnik se uporablja kot vhod in je tam za pretvorbo vhodne napetosti v pogonski tok za NPN priklopnik, ko je 1mA pogonski tok doveden v tok v frekvenčni pretvornik. Napolni zunanji časovni kondenzator in ta shema omogoča oscilatorju, da zagotavlja nelinearnost v celotnem napetostnem območju od 100 nA do 2 mA. Ta izhod gre tudi na izhodni gonilnik, ki je le NPN močnostni tranzistor z odprtim kolektorjem, iz katerega lahko dobimo izhod
Izračuni
Za teoretični izračun izhodne frekvence vezja lahko uporabimo naslednjo formulo
Fout = Vin / 10 * Rt * Ct
Kje,
- Fout je izhodna frekvenca
- Vin je vhodna napetost vezja,
- Rt je upor za RC oscilator
- Ct je kondenzator za Rc oscilator
Na primer
- Vin je 0,1V ali 100mV
- Rt je 10000K ali 10K
- Ct je 0,001uF ali 1000pF
Fout = 0,1 / (10 * 10 * 0,001) Fout = 1 KHz
Torej, če 0,1 V na vhod vezja dobimo 1 kHz na izhodu
Preskušanje pretvornika napetosti v frekvenco
Za preizkus vezja se uporabljajo naslednja orodja
- Napajanje z 12V stikalnim načinom (SMPS)
- Meco 108B + Multimeter
- Hantech 600BE USB osebni osciloskop
Za izdelavo vezja se uporabljajo 1% kovinski filmski upori, toleranca kondenzatorjev pa se ne upošteva. Med testiranjem je bila sobna temperatura 22 stopinj Celzija
Test Setup
Kot lahko vidite, je enosmerna vhodna napetost 11,73 V
In napetost na vhodnem zatiču IC je 104,8 mV
Tu lahko vidite, da je izhod mojega DSO 1,045 kHz.
Podroben video obdelovalnega vezja je navedeno spodaj, kjer so večkratne vložke in frekvenca spremenila v razmerju vhodne napetosti.
Nadaljnje izboljšanje
Z izdelavo vezja na PCB lahko izboljšamo stabilnost, za izboljšanje natančnosti pa lahko uporabimo tudi upore in kondenzatorje z 0,5% tolerancami. Najpomembnejši del tega vezja je odsek RC oscilatorja, zato mora biti RC oscilator nameščen čim bližje vhodnim zatičem, sicer lahko začetna kapacitivnost in upornost sledi PCB ali komponenta zmanjša natančnost vezja.
Aplikacije
To je zelo uporaben IC in se lahko uporablja za številne aplikacije, nekatere med njimi so navedene spodaj
- AD654 VFC kot ADC
- Frekvenčni podvojitelj
- Temperaturni senzor s termočlenom
- Merilnik napetosti
- Generator funkcij
- Samonaklonna natančna ura
Upam, da vam je bil ta članek všeč in ste se iz njega naučili kaj novega. Če dvomite, lahko vprašate v spodnjih komentarjih ali pa uporabite naše forume za podrobno razpravo.