Um circuito conversor de tensão para frequência converte uma tensão de entrada proporcionalmente variável em uma frequência de saída proporcionalmente variável.
O primeiro projeto está usando o IC VFC32, que é um dispositivo conversor de tensão para frequência avançado da BURR-BROWN especificamente projetado para produzir uma resposta de frequência extremamente proporcional à tensão de entrada alimentada para uma determinada aplicação de circuito conversor de tensão para frequência.
Como o dispositivo funciona
Se a tensão de entrada varia, a frequência de saída segue isso e varia proporcionalmente com um grande grau de precisão.
A saída do IC está na forma de um transistor de coletor aberto, que simplesmente precisa de um resistor de pull up externo conectado a uma fonte de 5V para tornar a saída compatível com todos os dispositivos CMOS, TTL e MCU padrão.
Espera-se que a saída deste IC seja altamente imune a ruídos e com excelente linearidade.
A faixa de escala total da conversão de saída é determinada com a inclusão de um resistor e capacitor externos, que podem ser dimensionados para adquirir uma faixa de resposta razoavelmente ampla.
Principais recursos do VFC32
O dispositivo VFC32 também é equipado com a característica de funcionar de maneira inversa, ou seja, pode ser configurado para funcionar como um conversor frequência-tensão, com precisão e eficiência semelhantes. Vamos discutir sobre isso em nosso próximo artigo em detalhes.
O IC pode ser adquirido em diferentes pacotes conforme sua necessidade de aplicação.
A primeira figura abaixo descreve uma configuração de circuito conversor de tensão para frequência padrão onde R1 é usado para configurar a faixa de detecção da tensão de entrada.
Habilitando uma detecção de escala completa
Um resistor de 40k pode ser selecionado para obter uma detecção de entrada de escala total de 0 a 10V, outras faixas podem ser alcançadas simplesmente resolvendo a seguinte fórmula:
R1 = Vfs/0,25mA
De preferência, R1 deve ser do tipo MFR para garantir uma estabilidade melhorada. Ajustando o valor de R1 pode-se reduzir a faixa de tensão de entrada disponível.
Para alcançar uma faixa FSD de saída ajustável é introduzido C1 cujo valor pode ser selecionado adequadamente para atribuir qualquer faixa de conversão de frequência de saída desejada, aqui na figura é selecionado para fornecer uma escala de 0 a 10 kHz para uma faixa de entrada de 0 a 10V.
No entanto, deve-se observar que a qualidade de C1 pode afetar ou influenciar diretamente a linearidade ou precisão da saída, portanto, recomenda-se o uso de um capacitor de alta qualidade. Um tântalo talvez se torne um bom candidato para esse tipo de campo de aplicação.
Para faixas maiores na ordem de 200kHz e acima, pode-se optar por capacitor maior para C1, enquanto R1 pode ser fixado em 20k.
O condensador C2 associado não produz necessariamente um impacto no funcionamento de C1, no entanto o valor de C2 não deve ultrapassar um determinado limite. O valor para C2, conforme mostrado na figura abaixo, não deve ser reduzido, embora aumentar seu valor acima disso possa ser OK
Saída de frequência
A pinagem de frequência do IC é configurada internamente como um transistor de coletor aberto, o que significa que o estágio de saída conectado a este pino experimentará apenas uma resposta de tensão/corrente de afundamento (baixa lógica) para a conversão de tensão para frequência proposta.
A fim de obter uma resposta lógica alternada em vez de apenas uma resposta de “corrente descendente” (lógica baixa) desta pinagem, precisamos conectar um resistor de pull up externo com uma alimentação de 5V, conforme indicado no segundo diagrama acima.
Isso garante uma resposta lógica alta/baixa alternadamente variável nesta pinagem para o estágio do circuito externo conectado.
Aplicações possíveis
O circuito do conversor de tensão para frequência explicado pode ser usado para muitas aplicações específicas do usuário e pode ser personalizado para qualquer requisito relevante. Uma dessas aplicações poderia ser a fabricação de um medidor de energia digital para registrar o consumo de eletricidade para uma determinada carga.
A idéia é conectar um resistor sensor de corrente em série com a carga em questão e, em seguida, integrar o acúmulo de corrente em desenvolvimento através desse resistor com o circuito conversor de tensão para frequência explicado acima.
Como a corrente acumulada no resistor de detecção seria proporcional ao consumo de carga, esses dados seriam convertidos de forma precisa e proporcional em frequência pelo circuito explicado.
A conversão de frequência pode ser ainda integrada com um circuito contador de frequência IC 4033 para obter a leitura calibrada digital do consumo de carga, e isso pode ser armazenado para avaliação futura.
Cortesia: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/vfc32.pdf
2) Usando IC 4151
O próximo circuito conversor de frequência para tensão de alto desempenho é construído em torno de alguns componentes e um circuito de comutação baseado em IC. Com os valores das peças indicados no esquema, a relação de conversão é alcançada com uma resposta linear de aprox. 1%. Quando uma tensão de entrada de 0 V-10 V é aplicada, ela é convertida em uma magnitude proporcional de tensão de saída de onda quadrada de 0 a 10 kHz.
Através do potenciômetro P1, o circuito pode ser ajustado para garantir que uma tensão de entrada de 0 V gere uma frequência de saída de 0 Hz. Os componentes responsáveis pela fixação da faixa de frequência são os resistores R2, R3, R5, P1 juntamente com o capacitor C2.
Aplicando as fórmulas demonstradas abaixo, a razão da conversão de tensão para frequência pode ser transformada para que o circuito funcione extremamente bem para várias aplicações exclusivas.
Ao determinar o produto de T = 1.1.R3.C2 você deve garantir que este esteja sempre abaixo da metade do período mínimo de saída, o que significa que o pulso de saída positivo deve invariavelmente ser mínimo enquanto o pulso negativo.
f0/Uin = [0.486 . (R5 + P1) / R2 . R3 . C2 ] . [kHz/V]
T = 1,1. R3. C2
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FONTE
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