Spannungs-Frequenz-Wandler mit ad654

Ein Spannungs-Frequenz-Wandler (VFC) ist ein Oszillator, der eine Rechteckwelle ausgibt, deren Frequenz linear proportional zu ihrer Eingangsspannung ist. Die Ausgangsrechteckwelle kann direkt einem digitalen Pin eines Mikrocontrollers zugeführt werden, um die DC-Eingangsspannung genau zu messen. Dies bedeutet, dass die Eingangsspannung mit 8051 oder einem anderen Mikrocontroller ohne eingebauten ADC gemessen werden kann.

VFC wird oft mit spannungsgesteuertem Oszillator (VCO) verwechselt, aber VFCs haben viele Vorteile und verbesserte Leistungsspezifikationen, die ein (VCO) nicht aufweist, wie Dynamikbereich, Fehler mit geringer Linearität, Stabilität bei Temperatur und Versorgungsspannung und vieles mehr. Das Umgekehrte von VFC ist auch möglich, dh Frequenz-Spannungs-Umwandlung, die wir bereits im vorherigen Tutorial demonstriert haben.

Hier wird der IC AD654 in dieser Schaltung verwendet, um den Betrieb zu demonstrieren, bei dem es sich um eine monolithische Spannung an einen Frequenzumrichter handelt. Ein Oszilloskop wird auch verwendet, um die ausgegebene Rechteckwelle anzuzeigen.

IC AD654

AD654 ist ein Spannungs-Frequenz-Wandler- IC und wird in einem 8-poligen DIP-Gehäuse geliefert. Es besteht aus einem Eingangsverstärker, einem sehr präzisen eingebauten Oszillator und einem Hochstrom-Open-Collector-Ausgangstreiber, mit dem der IC bis zu 12 TTL-Lasten, Optokoppler, lange Kabel oder ähnliche Lasten ansteuern und in denen er betrieben werden kann zwischen (5-30) Volt. Eine andere Sache, die erwähnt werden muss, ist, dass der AD654-IC im Gegensatz zu anderen ICs eine Rechteckwelle ausgibt, sodass ein Mikrocontroller die Messwerte leicht messen kann. Einige der interessantesten Funktionen dieses Chips sind unten aufgeführt.

Eigenschaften:

• Breite Eingangsspannung ± 30 V.
• Vollfrequenz bis 500 kHz
• Hohe Eingangsimpedanz von 125 MΩ,
• Geringe Drift (4 µV / ° C)
• 2,0 mA Ruhestrom
• Niedriger Offset 1 mV
• Eine minimale Anforderung für externe Komponenten

Erforderliche Komponenten

Sl. Nein	Teile	Art	Menge
1	AD654	IC	1
2	LM7805	Spannungsregler-IC	1
3	1000pF	Kondensator	1
4	0,1 uF	Kondensator	1
5	470 uF, 25 V.	Kondensator	1
6	10 K, 1%	Widerstand	4
7	Potentiometer, 10K	Variabler Widerstand	1
8	Netzteil	12 V, DC	1
9	Einspuriger Draht	Generisch	6
10	Steckbrett	Generisch	1

Schematische Darstellung

Das Schema für diese Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung stammt aus dem Datenblatt, und einige externe Komponenten wurden hinzugefügt, um die Schaltung für diese Demonstration zu modifizieren

Diese Schaltung ist auf einem lötfreien Steckbrett mit den im Schaltplan gezeigten Komponenten aufgebaut. Zu Demonstrationszwecken wird im Eingangsbereich des Verstärkers ein Potentiometer hinzugefügt, um die Eingangsspannung zu variieren, und damit können wir die Änderung des Ausgangs beobachten.

Hinweis! Alle Komponenten sind so eng wie möglich angeordnet, um die Induktivität und den Widerstand der parasitären Kapazität zu verringern.

Wie funktioniert das Gerät?

Der interne Operationsverstärker wird als Eingang verwendet und dient dazu, die Eingangsspannung in Ansteuerstrom für den NPN-Nachfolger umzuwandeln, wenn dem Strom an einen Frequenzumrichter ein Ansteuerstrom von 1 mA zugeführt wird. Es lädt den externen Zeitkondensator auf und dieses Schema ermöglicht es dem Oszillator, eine Nichtlinearität über den gesamten Spannungsbereich von 100 nA bis 2 mA bereitzustellen. Dieser Ausgang geht auch an einen Ausgangstreiber, der nur ein NPN-Leistungstransistor mit einem offenen Kollektor ist, von dem wir den Ausgang erhalten können

Berechnungen

Um die Ausgangsfrequenz der Schaltung theoretisch zu berechnen, kann die folgende Formel verwendet werden

Fout = Vin / 10 * Rt * Ct

Wo,

• Fout ist die Ausgangsfrequenz
• Vin ist die Eingangsspannung der Schaltung,
• RT ist der Widerstand für den RC-Oszillator
• Ct ist der Kondensator für den Rc-Oszillator

Zum Beispiel,

• Vin sein 0,1V oder 100mV
• Rt ist 10000K oder 10K
• Ct sei 0,001 uF oder 1000 pF

Fout = 0,1 / (10 · 10 · 0,001) Fout = 1 kHz

Wenn also 0,1 V an den Eingang der Schaltung angelegt werden, erhalten wir 1 kHz im Ausgang

Testen von Spannungswandlern

Zum Testen der Schaltung werden die folgenden Werkzeuge verwendet

1. 12-V-Schaltnetzteil (SMPS)
2. Meco 108B + Multimeter
3. Hantech 600BE USB PC Oszilloskop

Für den Aufbau der Schaltung werden 1% Metallfilmwiderstände verwendet und die Toleranz der Kondensatoren wird nicht berücksichtigt. Die Raumtemperatur betrug während des Tests 22 Grad Celsius

Versuchsaufbau

Wie Sie sehen können, beträgt die DC-Eingangsspannung 11,73 V.

Die Spannung am Eingangspin des IC beträgt 104,8 mV

Hier sehen Sie, dass der Ausgang meines DSO 1,045 kHz beträgt.

Ein detailliertes Video der Arbeitsschaltung ist unten angegeben, in der mehrere Eingänge angegeben wurden und die Frequenz im Verhältnis der Eingangsspannung geändert wurde.

Weitere Verbesserung

Durch die Herstellung der Schaltung auf einer Leiterplatte kann die Stabilität verbessert werden, und es können auch Widerstände und Kondensatoren mit Toleranzen von 0,5% verwendet werden, um die Genauigkeit zu verbessern. Der wichtigste Teil dieser Schaltung ist der RC-Oszillatorabschnitt, daher muss der RC-Oszillator so nahe wie möglich an den Eingangspins platziert werden, da sonst die Startkapazität und der Widerstand der Leiterplattenspuren oder der Komponente die Genauigkeit der Schaltung verringern können.

Anwendungen

Dies ist ein sehr nützlicher IC, der für viele Anwendungen verwendet werden kann, von denen einige unten aufgeführt sind

• AD654 VFC als ADC
• Frequenzverdoppler
• Temperatursensor mit Thermoelement
• Dehnungsmessstreifen
• Funktionsgenerator
• Selbstvorspannende Präzisionsuhr

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