Convertidor de voltaje a frecuencia con ad654

Un convertidor de voltaje a frecuencia (VFC) es un oscilador que genera una onda cuadrada, cuya frecuencia es linealmente proporcional a su voltaje de entrada. La onda cuadrada de salida se puede alimentar directamente a un pin digital de un microcontrolador para medir con precisión el voltaje de entrada de CC, lo que significa que el voltaje de entrada se puede medir usando 8051 o cualquier otro microcontrolador que no tenga ADC incorporado.

VFC a menudo se confunde con oscilador controlado por voltaje (VCO), pero los VFC tienen muchas ventajas y especificaciones de rendimiento mejoradas que un (VCO) no tiene, como rango dinámico, error de linealidad bajo, estabilidad con temperatura y voltaje de suministro y muchos más.. Lo contrario de VFC también es posible significa conversión de frecuencia a voltaje, que ya demostramos en el tutorial anterior.

Aquí se utiliza IC AD654 en este circuito para demostrar el funcionamiento, que es un voltaje monolítico para un convertidor de frecuencia. También se utiliza un osciloscopio para mostrar la onda cuadrada de salida.

IC AD654

AD654 es un CI convertidor de voltaje a frecuencia y viene en un paquete DIP de 8 pines. Está hecho de un amplificador de entrada, un oscilador incorporado muy preciso y un controlador de salida de colector abierto de alta corriente que permite que el IC controle hasta 12 cargas TTL, optoacopladores, cables largos o cargas similares, y se puede operar en entre (5-30) voltios. Otra cosa a mencionar es que, a diferencia de otros circuitos integrados, el circuito integrado AD654 genera una onda cuadrada, por lo que es fácil para un microcontrolador medir las lecturas. Algunas de las características más interesantes de este chip se enumeran a continuación.

caracteristicas:

Voltaje de entrada amplio ± 30 V
Frecuencia de escala completa hasta 500 kHz
Impedancia de entrada alta de 125 MΩ,
Deriva baja (4 µV / ° C)
2.0 mA de corriente de reposo
Desplazamiento bajo 1 mV
Un requisito mínimo para componentes externos

Componentes requeridos

Si. No	Partes	Tipo	Cantidad
1	AD654	IC	1
2	LM7805	Regulador de voltaje IC	1
3	1000pF	Condensador	1
4	0,1 uF	Condensador	1
5	470 uF, 25 V	Condensador	1
6	10 mil, 1%	Resistor	4
7	Potenciómetro, 10K	Resistencia variable	1
8	Unidad de fuente de alimentación	12V, CC	1
9	Alambre de un solo calibre	Genérico	6
10	Tablero de circuitos	Genérico	1

Diagrama esquemático

El esquema de este circuito convertidor de voltaje a frecuencia se toma de la hoja de datos y se agregaron algunos componentes externos para modificar el circuito para esta demostración

Este circuito está construido en una placa de prueba sin soldadura con los componentes que se muestran en el esquema, para fines de demostración se agrega un potenciómetro en la sección de entrada del amplificador para variar el voltaje de entrada y con eso, podemos observar el cambio en la salida.

¡Nota! Todos los componentes se colocan lo más cerca posible para reducir la inductancia y resistencia de capacitancia parásita.

¿Cómo funciona el dispositivo?

El amplificador operacional interno se utiliza como entrada y está ahí para convertir el voltaje de entrada en corriente de excitación para el seguidor NPN cuando se proporciona una corriente de excitación de 1 mA a la corriente de un convertidor de frecuencia. Carga el condensador de temporización externo y este esquema permite que el oscilador proporcione no linealidad en el rango de voltaje total de 100 nA a 2 mA. Esta salida también va a un controlador de salida que es solo un transistor de potencia NPN con un colector abierto del cual podemos obtener la salida

Cálculos

Para calcular teóricamente la frecuencia de salida del circuito, se puede utilizar la siguiente fórmula

Fout = Vin / 10 * Rt * Ct

Dónde,

Fout es la frecuencia de salida
Vin es el voltaje de entrada del circuito,
Rt es la resistencia del oscilador RC
Ct es el condensador del oscilador Rc

Por ejemplo,

Vin sea de 0,1 V o 100 mV
Rt es 10000 K o 10 K
Ct sea 0.001uF o 1000pF

Fout = 0,1 / (10 * 10 * 0,001) Fout = 1 KHz

Entonces, si se aplica 0.1V a la entrada del circuito, obtendremos 1kHz en la salida

Prueba del convertidor de voltaje a frecuencia

Para probar el circuito, se utilizan las siguientes herramientas

Fuente de alimentación conmutada de 12V (SMPS)
Multímetro Meco 108B +
Osciloscopio USB para PC Hantech 600BE

Para construir el circuito se utilizan resistencias de película metálica al 1% y no se tiene en cuenta la tolerancia de los condensadores. La temperatura ambiente fue de 22 grados Celsius durante la prueba.

Configuración de prueba

Como puede ver, el voltaje de entrada de CC es de 11,73 V

Y el voltaje en el pin de entrada del IC es 104,8 mV

Aquí puede ver que la salida en mi DSO es 1.045 kHz.

A continuación se muestra un video detallado del circuito de trabajo donde se proporcionaron múltiples entradas y la frecuencia cambió en la relación del voltaje de entrada.

Mejora adicional

Al hacer el circuito en una PCB, se puede mejorar la estabilidad, también se pueden usar resistencias y capacitores con tolerancias de 0.5% para mejorar la precisión. La parte más importante de este circuito es la sección del oscilador RC, por lo que el oscilador RC debe colocarse lo más cerca posible de los pines de entrada; de lo contrario, la capacitancia y la resistencia de arranque de las pistas de la PCB o el componente puede reducir la precisión del circuito.

Aplicaciones

Este es un IC muy útil y se puede utilizar para muchas aplicaciones, algunas de las cuales se enumeran a continuación

AD654 VFC como ADC
Duplicador de frecuencia
Sensor de temperatura con termopar
Medidor de tensión
Generador de funciones
Reloj de precisión con autopolarización

Espero que les haya gustado este artículo y hayan aprendido algo nuevo de él. Si tiene alguna duda, puede preguntar en los comentarios a continuación o puede utilizar nuestros foros para una discusión detallada.