Circuito convertidor de frecuencia a voltaje

El convertidor de frecuencia a voltaje convierte las frecuencias o pulsos a la salida eléctrica proporcional, como voltaje o corriente. Es una herramienta importante para mediciones electromecánicas donde ocurren eventos repetidos. Entonces, cuando proporcionamos una frecuencia a través de un circuito convertidor de frecuencia a voltaje, proporcionará una salida CC proporcional. Aquí estamos usando KA331 IC para construir un circuito convertidor de frecuencia a voltaje.

KA331 IC

KA331 es un convertidor de voltaje a frecuencia que se utiliza para hacer un convertidor analógico a digital simple y de bajo costo, pero también se puede usar como un convertidor de frecuencia a voltaje. El DIP IC de 8 pines puede funcionar en un amplio rango de ancho de banda de 1Hz a 100 KHz. También tiene un amplio rango de voltaje de suministro de 5V a 40V. KA331 es el equivalente al popular LM331. El LM331 también se puede utilizar en este circuito F-a-V.

A continuación se muestra el diagrama de pines y el circuito interno del KA331 tomado de la hoja de datos,

Material requerido

1. KA331 IC - 1 pieza
2. Condensador cerámico.01uF - 1pc
3. Condensador cerámico 470pF - 1pc
4. Condensador electrolítico de 1uF con una clasificación de 16V
5. Resistencia de 10k con clasificación de estabilidad del 1% MFR - 2 piezas
6. Resistencia de 100k con clasificación de estabilidad del 1% MFR - 2 piezas
7. Una resistencia de 68k con clasificación de estabilidad del 1% MFR - 1pc
8. Una resistencia de 6.8k con 1% de clasificación de estabilidad MFR - 1pc
9. Tablero de circuitos
10. Fuente de alimentación de 15V
11. Alambre de una hebra
12. Un generador de frecuencia o generador de funciones para comprobar el circuito general.

Diagrama esquemático

Funcionamiento del circuito de frecuencia a voltaje

El componente principal del circuito es KA331. La entrada del circuito está conectada a través de un condensador C1 de 470pF, que además está conectado al pin de umbral de KA331 (pin 6). Las resistencias R3 y R4 forman el circuito divisor de voltaje que está conectado al PIN 7 del comparador de KA331. El condensador C3 y la resistencia R5 es el temporizador RC que proporciona la oscilación requerida a través del pin 5. El resistor R2 proporciona la corriente de referencia a través del pin 2. El circuito se alimenta con voltaje de 15v que se conecta a través del pin 8 de KA331.

Para calcular el voltaje de salida del circuito, la fórmula es:

Vout = _entrada f x Voltaje de referencia x (R _L / R _S) x (R _t x C _t)

Donde la _entrada f es la frecuencia, R _L es la resistencia de carga, R _S es la resistencia de la fuente de corriente, R _t y C _t es la resistencia y el condensador del oscilador RC.

Por lo tanto, para nuestro circuito, la fórmula será:

Vout = _entrada f x Voltaje de referencia x (R ₆ / R ₂) x (R ₅ x C ₃)

Según la hoja de datos, el voltaje de referencia de KA331 es 1.89V. Entonces, si proporcionamos 500 Hz de señal de entrada a través del circuito para obtener el voltaje de salida:

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 o 64mV

Entonces, cuando se aplica una frecuencia de 500 Hz a través del circuito, el circuito proporcionará una salida de 64 mV.

Aquí hemos construido el circuito en el tablero.

Prueba de circuito de frecuencia a voltaje

Para probar el circuito, se utilizan las siguientes herramientas:

1. Fuente de alimentación de banco científica PSD3205.
2. Generador de funciones Metravi FG3000.
3. Multímetro UNI-T UT33D.

El circuito se construye con resistencias de película metálica al 1% y no se tienen en cuenta las tolerancias de los condensadores. La temperatura ambiente fue de 22 grados Celsius durante la prueba.

Para probar el circuito, la fuente de alimentación del banco se establece en la salida de 15V.

El generador de funciones proporciona aproximadamente 500 Hz como salida de onda cuadrada.

Para aquellos que no tienen acceso al generador de funciones, se puede construir un circuito temporizador usando el IC LM555 clásico o también se puede usar un Arduino para construir el generador de funciones. Sin embargo, la aplicación de Android también puede funcionar cuando las señales se generan a través de la salida de auriculares.

El multímetro está conectado a través de la salida y el rango se selecciona como milivoltios.

La salida del multímetro muestra el valor calculado. El circuito da una salida de 64 mV cuando se suministra una onda cuadrada de 500 Hz a través de la entrada.

El video de trabajo detallado se da al final, donde se dan múltiples entradas y el voltaje de salida se cambia en la relación del voltaje de entrada.

Mejoras

Este circuito convertidor de frecuencia a voltaje se puede construir en una PCB para una mayor precisión. La sección crítica del circuito es el oscilador RC. El oscilador RC debe colocarse a una distancia cercana a través del IC KA331. A larga distancia, la traza de cobre podría desviar la oscilación, ya que agregará resistencia adicional y también contribuirá a la capacitancia parásita. También se requiere el plano de tierra adecuado.

Aplicaciones

El convertidor de frecuencia a voltaje se utiliza en medidas e instrumentación como el tacómetro utiliza el convertidor de frecuencia a voltaje para calcular la velocidad de un motor. Diferentes tipos de medidores de calibre, los velocímetros también utilizan esta técnica.