ตัวแปลงแรงดันเป็นความถี่โดยใช้ ad654

ตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าเป็นความถี่ (VFC) เป็นออสซิลเลเตอร์ที่ส่งสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมซึ่งความถี่เป็นสัดส่วนเชิงเส้นกับแรงดันไฟฟ้าขาเข้า คลื่นสแควร์เอาท์พุตสามารถป้อนโดยตรงกับพินดิจิทัลของไมโครคอนโทรลเลอร์เพื่อวัดแรงดันไฟฟ้าอินพุต DC ได้อย่างแม่นยำซึ่งหมายความว่าสามารถวัดแรงดันไฟฟ้าอินพุตได้โดยใช้ 8051 หรือไมโครคอนโทรลเลอร์อื่น ๆ ที่ไม่มี ADC ในตัว

VFC มักถูกเข้าใจผิดด้วยแรงดันไฟฟ้า - ออสซิลเลเตอร์ (VCO) แต่ VFC มีข้อดีหลายประการและข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นซึ่ง (VCO) ไม่มีเช่นช่วงไดนามิกข้อผิดพลาดเชิงเส้นต่ำเสถียรภาพกับอุณหภูมิและแรงดันไฟฟ้าและอื่น ๆ อีกมากมาย. ในทางกลับกัน VFC ก็เป็นไปได้เช่นกันหมายถึงการแปลงความถี่เป็นแรงดันไฟฟ้าซึ่งเราได้แสดงให้เห็นแล้วในบทช่วยสอนก่อนหน้านี้

ที่นี่ IC AD654 ใช้ในวงจรนี้เพื่อสาธิตการทำงานซึ่งเป็นแรงดันไฟฟ้าเสาหินไปยังตัวแปลงความถี่ นอกจากนี้ยังใช้ออสซิลโลสโคปเพื่อแสดงคลื่นสี่เหลี่ยมเอาท์พุต

IC AD654

AD654 เป็นไอซีตัวแปลงแรงดันเป็นความถี่และมาในแพ็คเกจ DIP 8 พิน มันถูกสร้างขึ้นจากแอมพลิฟายเออร์อินพุตออสซิลเลเตอร์ในตัวที่แม่นยำมากและไดรเวอร์เอาต์พุตแบบ open collector กระแสสูงซึ่งช่วยให้ IC สามารถขับเคลื่อนโหลด TTL ได้ถึง 12 ตัวออปโตคัปเปลอร์สายเคเบิลยาวหรือโหลดที่ใกล้เคียงกัน ระหว่าง (5-30) โวลต์ อีกสิ่งหนึ่งที่ต้องพูดถึงก็คือไม่เหมือนกับ IC อื่น ๆ AD654 IC จะส่งออกคลื่นสี่เหลี่ยมดังนั้นจึงเป็นเรื่องง่ายสำหรับไมโครคอนโทรลเลอร์ในการวัดการอ่าน คุณสมบัติที่น่าสนใจที่สุดบางประการของชิปนี้ตามรายการด้านล่าง

คุณสมบัติ:

• แรงดันไฟฟ้าขาเข้ากว้าง± 30 V
• ความถี่เต็มสเกลสูงถึง 500 kHz
• ความต้านทานอินพุตสูง125MΩ,
• ดริฟท์ต่ำ (4 µV / ° C)
• 2.0 mA กระแสไฟดับ
• ชดเชยต่ำ 1 mV
• ข้อกำหนดขั้นต่ำสำหรับส่วนประกอบภายนอก

ส่วนประกอบที่จำเป็น

ส. เลขที่	อะไหล่	ประเภท	ปริมาณ
1	AD654	เข้าใจแล้ว	1
2	LM7805	IC ควบคุมแรงดันไฟฟ้า	1
3	1,000pF	คาปาซิเตอร์	1
4	0.1 ยูเอฟ	คาปาซิเตอร์	1
5	470uF, 25V	คาปาซิเตอร์	1
6	10K, 1%	ตัวต้านทาน	4
7	โพเทนชิออมิเตอร์ 10K	ตัวต้านทานแบบแปรผัน	1
8	หน่วยจ่ายพลังงาน	12V, DC	1
9	สายวัดเดี่ยว	ทั่วไป	6
10	เขียงหั่นขนม	ทั่วไป	1

แผนภาพ

แผนผังสำหรับวงจรแปลงแรงดันเป็นความถี่นี้นำมาจากแผ่นข้อมูลและมีการเพิ่มส่วนประกอบภายนอกบางส่วนเพื่อแก้ไขวงจรสำหรับการสาธิตนี้

วงจรนี้สร้างขึ้นบนเขียงหั่นขนมแบบไม่บัดกรีพร้อมส่วนประกอบที่แสดงในแผนผังเพื่อวัตถุประสงค์ในการสาธิตโพเทนชิออมิเตอร์จะถูกเพิ่มในส่วนอินพุตของแอมพลิฟายเออร์เพื่อเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าขาเข้าและด้วยเหตุนี้เราจึงสามารถสังเกตการเปลี่ยนแปลงของเอาต์พุตได้

บันทึก! ส่วนประกอบทั้งหมดจะถูกวางไว้อย่างใกล้ชิดที่สุดเพื่อลดความเหนี่ยวนำและความต้านทานของกาฝาก

วิธีการทำงานของอุปกรณ์?

แอมพลิฟายเออร์ที่ใช้งานภายในถูกใช้เป็นอินพุตและมีไว้เพื่อแปลงแรงดันไฟฟ้าอินพุตเป็นไดรฟ์ปัจจุบันสำหรับผู้ติดตาม NPN เมื่อมีการจ่ายกระแสไดรฟ์ 1mA ให้กับปัจจุบันเป็นตัวแปลงความถี่ มันชาร์จตัวเก็บประจุเวลาภายนอกและโครงร่างนี้ช่วยให้ออสซิลเลเตอร์ให้ความไม่เชิงเส้นในช่วงแรงดันไฟฟ้ารวม 100 nA ถึง 2mA เอาต์พุตนี้ยังไปยังไดรเวอร์เอาต์พุตซึ่งเป็นเพียงทรานซิสเตอร์กำลัง NPN พร้อมตัวสะสมแบบเปิดซึ่งเราจะได้รับเอาต์พุต

การคำนวณ

ในการคำนวณความถี่เอาต์พุตของวงจรในทางทฤษฎีสามารถใช้สูตรต่อไปนี้

Fout = Vin / 10 * Rt * Ct

ที่ไหน

• Foutคือความถี่เอาต์พุต
• Vinคือแรงดันไฟฟ้าขาเข้าของวงจร
• Rtเป็นตัวต้านทานสำหรับ RC oscillator
• Ctเป็นตัวเก็บประจุสำหรับ Rc oscillator

ตัวอย่างเช่น,

• Vinเป็น0.1Vหรือ100mV
• Rtคือ10,000Kหรือ10K
• CTจะ0.001uFหรือ1000pF

Fout = 0.1 / (10 * 10 * 0.001) Fout = 1 KHz

ดังนั้นหากใช้0.1Vกับอินพุตของวงจรเราจะได้1kHzในเอาต์พุต

การทดสอบแรงดันเป็นตัวแปลงความถี่

ในการทดสอบวงจรจะใช้เครื่องมือต่อไปนี้

1. แหล่งจ่ายไฟโหมดสวิตช์ 12V (SMPS)
2. Meco 108B + มัลติมิเตอร์
3. Hantech 600BE USB PC Oscilloscope

ในการสร้างวงจรจะใช้ตัวต้านทานฟิล์มโลหะ 1% และไม่คำนึงถึงความทนทานของตัวเก็บประจุ ระหว่างการทดสอบอุณหภูมิห้องอยู่ที่ 22 องศาเซลเซียส

ทดสอบการตั้งค่า

ดังที่คุณเห็นแรงดันไฟฟ้าอินพุต DC คือ 11.73 V

และแรงดันไฟฟ้าที่ขาอินพุตของ IC คือ 104.8 mV

ที่นี่คุณจะเห็นผลลัพธ์บน DSO ของฉันคือ 1.045 kHz

วิดีโอรายละเอียดของวงจรการทำงานได้รับด้านล่างที่หลายปัจจัยการผลิตที่ได้รับและความถี่ที่มีการเปลี่ยนแปลงในอัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าอินพุต

การปรับปรุงเพิ่มเติม

การทำให้วงจรบน PCB สามารถปรับปรุงเสถียรภาพได้นอกจากนี้ยังสามารถใช้ตัวต้านทานและตัวเก็บประจุที่มีความคลาดเคลื่อน 0.5% เพื่อปรับปรุงความแม่นยำ ส่วนที่สำคัญที่สุดของวงจรนี้คือส่วน RC oscillator ดังนั้นจึงต้องวาง RC oscillator ให้ใกล้กับขาอินพุตมากที่สุดมิฉะนั้นความจุเริ่มต้นและความต้านทานของร่องรอย PCB หรือส่วนประกอบอาจลดความแม่นยำของวงจร

การใช้งาน

นี่เป็น IC ที่มีประโยชน์มากและสามารถใช้กับแอพพลิเคชั่นได้มากมาย

• AD654 VFC เป็น ADC
• ความถี่ Doubler
• เซ็นเซอร์อุณหภูมิพร้อมเทอร์โมคัปเปิล
• มาตรวัดความเครียด
• ฟังก์ชัน Generator
• นาฬิกาที่มีความแม่นยำในตัวเอง

ฉันหวังว่าคุณจะชอบบทความนี้และเรียนรู้สิ่งใหม่ ๆ จากบทความนี้ หากคุณมีข้อสงสัยคุณสามารถถามได้ในความคิดเห็นด้านล่างหรือสามารถใช้ฟอรัมของเราสำหรับการอภิปรายโดยละเอียด