Explication de 2 circuits simples de convertisseur de tension en fréquence

Un circuit convertisseur de tension en fréquence convertit une tension d'entrée proportionnellement variable en une fréquence de sortie proportionnellement variable.

La première conception utilise l'IC VFC32 qui est un convertisseur de tension-fréquence avancé de BURR-BROWN spécialement conçu pour produire une réponse en fréquence extrêmement proportionnelle à la tension d'entrée alimentée pour une application de circuit convertisseur tension-fréquence donnée.

Fonctionnement de l'appareil

Si la tension d'entrée varie, la fréquence de sortie suit celle-ci et varie proportionnellement avec une grande précision.

La sortie de l'IC se présente sous la forme d'un transistor à collecteur ouvert, qui a simplement besoin d'une résistance de rappel externe connectée à une source 5V pour rendre la sortie compatible avec tous les appareils CMOS, TTL et MCU standard.

On pourrait s'attendre à ce que la sortie de ce circuit intégré soit hautement insensible au bruit et avec une superbe linéarité.

La plage de conversion de sortie à pleine échelle est déterminée avec l'inclusion d'une résistance externe et d'un condensateur, qui peuvent être dimensionnés pour acquérir une plage de réponse raisonnablement large.

Principales caractéristiques du VFC32

Le dispositif VFC32 est également équipé d'une fonction de fonctionnement inverse, c'est-à-dire qu'il peut être configuré pour fonctionner également comme un convertisseur fréquence-tension, avec une précision et une efficacité similaires. Nous en discuterons en détail dans notre prochain article.

Le CI peut être fourni dans différents packages selon les besoins de votre application.

La première figure ci-dessous représente une configuration de circuit convertisseur tension / fréquence standard où R1 est utilisé pour établir la plage de détection de la tension d'entrée.

Activation d'une détection à grande échelle

Une résistance de 40k peut être sélectionnée pour obtenir une détection d'entrée à pleine échelle de 0 à 10V, d'autres plages peuvent être obtenues en résolvant simplement la formule suivante:

R1 = Vfs / 0,25 mA

De préférence, R1 doit être de type MFR pour assurer une stabilité améliorée. En ajustant la valeur de R1, on peut réduire la plage de tension d'entrée disponible.

Pour obtenir une sortie réglable, la plage FSD C1 est introduite dont la valeur peut être sélectionnée de manière appropriée pour affecter toute plage de conversion de fréquence de sortie souhaitée, ici sur la figure, elle est sélectionnée pour donner une échelle de 0 à 10 kHz pour une plage d'entrée de 0 à 10 V.

Cependant, il faut noter que la qualité de C1 peut directement affecter ou influencer la linéarité ou la précision de sortie, par conséquent, l'utilisation d'un condensateur de haute qualité est recommandée. Un tantale devient peut-être un bon candidat pour ce type de domaine d'application.

Pour des gammes plus élevées de l'ordre de 200 kHz et plus, un condensateur plus grand peut être choisi pour C1, tandis que R1 peut être fixé à 20k.

Le condensateur C2 associé ne produit pas forcément un impact sur le fonctionnement de C1, cependant la valeur de C2 ne doit pas franchir une limite donnée. La valeur de C2 comme indiqué dans la figure ci-dessous, ne doit pas être abaissée, bien que l'augmentation de sa valeur au-dessus de cela puisse être OK

Sortie de fréquence

Le brochage de fréquence du circuit intégré est configuré en interne comme un transistor à collecteur ouvert, ce qui signifie que l'étage de sortie connecté à cette broche ne subira qu'une réponse de tension / courant (logique basse) pour la conversion tension-fréquence proposée.

Afin d'obtenir une réponse logique alternative au lieu d'une réponse de «courant descendant» (logique basse) à partir de ce brochage, nous devons connecter une résistance de rappel externe avec une alimentation 5V comme indiqué dans le deuxième schéma ci-dessus.

Cela garantit une réponse logique haut / bas variant en alternance à ce brochage pour l'étage de circuit externe connecté.

Applications possibles

Le circuit convertisseur tension-fréquence expliqué peut être utilisé pour de nombreuses applications spécifiques à l'utilisateur et peut être personnalisé pour toute exigence pertinente. Une telle application pourrait être la réalisation d'un compteur d'énergie numérique pour enregistrer la consommation électrique pour une charge donnée.

L'idée est de connecter une résistance de détection de courant en série avec la charge en question, puis d'intégrer l'accumulation de courant de développement à travers cette résistance avec le circuit de convertisseur de tension en fréquence expliqué ci-dessus.

Étant donné que l'accumulation de courant à travers la résistance de détection serait proportionnelle à la consommation de charge, ces données seraient converties avec précision et proportionnellement en fréquence par le circuit expliqué.

La conversion de fréquence pourrait être en outre intégrée à un circuit compteur de fréquence IC 4033 pour obtenir la lecture numérique calibrée de la consommation de charge, et ceci pourrait être stocké pour une évaluation future.

Gracieuseté: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/vfc32.pdf

2) Utilisation de l'IC 4151

Le prochain circuit convertisseur fréquence-tension haute performance est construit autour de quelques composants et d'un circuit de commutation basé sur IC. Avec les valeurs de pièce indiquées dans le schéma, le rapport de conversion est obtenu avec une réponse linéaire d'env. 1%. Lorsqu'une tension d'entrée de 0 V-10 V est appliquée, elle est convertie en une grandeur proportionnelle de tension de sortie d'onde carrée de 0 à 10 kHz.

Grâce au potentiomètre P1, le circuit pourrait être modifié pour garantir qu'une tension d'entrée de 0 V génère une fréquence de sortie de 0 Hz. Les composants responsables de la fixation de la plage de fréquences sont les résistances R2, R3, R5, P1 ainsi que le condensateur C2.

En appliquant les formules présentées ci-dessous, le rapport de conversion de tension à fréquence peut être transformé afin que le circuit fonctionne extrêmement bien pour plusieurs applications uniques.

Lors de la détermination du produit de T = 1.1.R3.C2, vous devez vous assurer que celui-ci est toujours inférieur à la moitié de la période de sortie minimale, ce qui signifie que l'impulsion de sortie positive doit toujours être minimale aussi longtemps que l'impulsion négative.

f0 / Win = [0,486. (R5 + P1) / R2. R3. C2]. [kHz / V]

T = 1,1. R3. C2