Frequenz-Spannungswandler-Schaltung

Der Frequenz-Spannungs-Wandler wandelt die Frequenzen oder Impulse in den proportionalen elektrischen Ausgang wie Spannung oder Strom um. Es ist ein wichtiges Werkzeug für elektromechanische Messungen, bei denen wiederholte Ereignisse auftreten. Wenn wir also eine Frequenz über eine Frequenz-Spannungs-Wandlerschaltung bereitstellen, wird ein proportionaler Gleichstromausgang bereitgestellt. Hier verwenden wir den KA331 IC, um eine Frequenz-Spannungs-Wandlerschaltung aufzubauen.

KA331 IC

KA331 ist ein Spannungs-Frequenz-Wandler, mit dem ein einfacher, kostengünstiger Analog-Digital-Wandler hergestellt wird. Er kann jedoch auch als Frequenz-Spannungs-Wandler verwendet werden. Der 8-polige DIP-IC kann in einem weiten Bandbreitenbereich von 1 Hz bis 100 kHz arbeiten. Es hat auch einen weiten Bereich der Versorgungsspannung von 5V bis 40V. KA331 entspricht dem beliebten LM331. LM331 kann auch für diese F-zu-V-Schaltung verwendet werden.

Unten finden Sie ein Pin-Diagramm und einen internen Schaltkreis des KA331 aus dem Datenblatt.

Erforderliches Material

1. KA331 IC - 1St
2. .01uF Keramikkondensator - 1St
3. 470pF Keramikkondensator - 1pc
4. 1uF Elektrolytkondensator mit einer Nennspannung von 16V
5. 10k Widerstand mit 1% Stabilitätsbewertung MFR - 2St
6. 100k Widerstand mit 1% Stabilitätsbewertung MFR - 2St
7. Ein 68k Widerstand mit 1% Stabilitätsbewertung MFR - 1pc
8. Ein 6,8k Widerstand mit 1% Stabilitätsbewertung MFR - 1St
9. Steckbrett
10. 15V Stromversorgung
11. Einzelstrangdraht
12. Ein Frequenzgenerator oder Funktionsgenerator zur Überprüfung der Gesamtschaltung.

Schematische Darstellung

Arbeiten des Frequenz-Spannungs-Stromkreises

Die Hauptkomponente der Schaltung ist KA331. Der Eingang der Schaltung ist über einen 470pF-Kondensator C1 verbunden, der ferner mit dem Schwellenwert-Pin von KA331 (Pin 6) verbunden ist. Die Widerstände R3 und R4 bilden die Spannungsteilerschaltung, die mit der Komparator-PIN 7 von KA331 verbunden ist. Der Kondensator C3 und der Widerstand R5 sind der RC-Timer, der die erforderliche Schwingung über Pin 5 liefert. Der Widerstand R2 liefert den Referenzstrom über Pin 2. Die Schaltung wird mit einer Spannung von 15 V versorgt, die über Pin 8 von KA331 angeschlossen ist.

Um die Ausgangsspannung der Schaltung zu berechnen, lautet die Formel -

Vout = f _Eingang x Referenzspannung x (R _L / R _S) x (R _t x C _t)

Wobei f _Eingang die Frequenz ist, R _L der Lastwiderstand ist, R _S der Stromquellenwiderstand ist, R _t und C _t der Widerstand und Kondensator des RC-Oszillators sind.

Daher lautet die Formel für unsere Schaltung:

Vout = f _Eingang x Referenzspannung x (R ₆ / R ₂) x (R ₅ x C ₃)

Gemäß Datenblatt beträgt die Referenzspannung von KA331 1,89V. Wenn wir also 500 Hz Eingangssignal über die Schaltung liefern, um die Ausgangsspannung zu erhalten -

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 = 0,064 V oder 64 mV

Wenn also eine Frequenz von 500 Hz an die Schaltung angelegt wird, liefert die Schaltung eine 64-mV-Ausgabe.

Hier haben wir die Schaltung auf dem Steckbrett aufgebaut.

Testen des Frequenz-Spannungs-Stromkreises

Zum Testen der Schaltung werden folgende Werkzeuge verwendet:

1. Wissenschaftliches Netzteil PSD3205.
2. Metravi FG3000 Funktionsgenerator.
3. UNI-T UT33D Multimeter.

Die Schaltung besteht aus 1% Metallfilmwiderständen und die Kondensatortoleranzen werden nicht berücksichtigt. Die Raumtemperatur betrug während des Tests 22 Grad Celsius.

Zum Testen der Schaltung wird die Tischstromversorgung auf den 15-V-Ausgang eingestellt.

Der Funktionsgenerator liefert ca. 500 Hz als Rechteckwellenausgang.

Für diejenigen, die keinen Zugriff auf den Funktionsgenerator haben, kann eine Zeitgeberschaltung unter Verwendung des klassischen LM555-IC aufgebaut werden, oder ein Arduino kann auch zum Aufbau eines Funktionsgenerators verwendet werden. Die Android-App kann jedoch auch dort eingesetzt werden, wo Signale über den Kopfhörerausgang erzeugt werden.

Das Multimeter ist über den Ausgang angeschlossen und der Bereich wird als Millivolt ausgewählt.

Die Ausgabe des Multimeters zeigt den berechneten Wert an. Die Schaltung liefert einen Ausgang von 64 mV, wenn eine 500-Hz-Rechteckwelle über den Eingang geliefert wird.

Das detaillierte Arbeitsvideo wird am Ende gegeben, wo mehrere Eingänge gegeben sind und die Ausgangsspannung im Verhältnis der Eingangsspannung geändert wird.

Verbesserungen

Diese Frequenz-Spannungs-Wandler-Schaltung kann zur besseren Genauigkeit auf einer Leiterplatte aufgebaut werden. Der kritische Abschnitt der Schaltung ist der RC-Oszillator. Der RC-Oszillator muss in geringem Abstand über dem KA331-IC platziert werden. In großer Entfernung könnte die Kupferspur die Schwingung verschieben, da sie zusätzlichen Widerstand addiert und auch zur Streukapazität beiträgt. Die richtige Grundebene ist ebenfalls erforderlich.

Anwendungen

Der Frequenz-Spannungs-Wandler wird bei Messungen und Instrumenten verwendet, wie der Drehzahlmesser den Frequenz-Spannungs-Wandler verwendet, um die Drehzahl eines Motors zu berechnen. Verschiedene Arten von Messgeräten, Tachometer verwenden auch diese Technik.