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3 Circuitos Conversores de Frequência para Tensão Explicados

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Como o nome sugere, conversores de frequência para tensão são dispositivos que convertem uma entrada de frequência variável em níveis de tensão de saída correspondentemente variados.

Aqui estudamos três designs fáceis e avançados usando IC 4151, IC VFC32 e IC LM2907.

1) Usando IC 4151

CIRCUITO CONVERSOR DE FREQUÊNCIA PARA TENSÃO USANDO IC 4151 COM ALTA TAXA DE CONVERSÃO LINEAR DE 1V/KHZ
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Este circuito conversor de tensão de frequência usando IC 4151 é caracterizado por sua taxa de conversão altamente linear. Com os valores de parte indicados, a relação de conversão do circuito pode ser esperada em torno de 1 V/kHz.

Quando uma tensão CC é usada na entrada com frequência de 0 Hz, a saída gera uma tensão correspondente de 0 V. A taxa de conversão na saída nunca é afetada pelo ciclo de trabalho da frequência média quadrada de entrada.

Mas, se uma frequência de onda senoidal for aplicada na entrada, nessa situação o sinal deve passar por um gatilho Schmitt antes de introduzi-lo na entrada do IC 4151.

Se você estiver interessado em ter uma taxa de conversão diferente, poderá calculá-la usando a seguinte fórmula:

V(saída) / f(entrada) = R3 x R7 x C2 / 0,486(R4 + P1) x [V/Hz]

T1 = 1,1 x R3 x C2

O circuito pode até ser acoplado à saída de um conversor de tensão para frequência e usado como uma forma de enviar sinais CC através da conexão de cabo estendido sem os problemas de resistência do cabo atenuando o sinal.

2) Usando a configuração do VFC32

O post anterior explicou um circuito conversor de tensão para frequência de chip simples simples usando o IC VFC32, aqui aprendemos como o mesmo IC pode ser usado para obter uma aplicação de circuito conversor de frequência para tensão oposta.

A figura abaixo mostra outra configuração padrão do VFC32 que permite que ele funcione como um circuito conversor de frequência para tensão.

O estágio de entrada formado pela rede capacitiva de C3, R6 e R7 torna a entrada do comparador compatível com todos os gatilhos lógicos de 5V.

Diagrama de circuito

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A entrada de referência de limite definida para o comparador do detector é em torno de –0,7V. No caso em que as entradas de frequência podem ser inferiores a 5V, a rede divisora ​​de potencial R6/R7 pode ser ajustada adequadamente para alterar o nível de referência e para permitir a detecção adequada das entradas de frequência de baixo nível pelo opamp.

Conforme mostrado no gráfico do artigo anterior, o valor C1 pode ser selecionado dependendo da faixa de escala total dos acionadores de entrada de frequência.

C2 torna-se responsável por filtrar e suavizar a forma de onda da tensão de saída, valores maiores de C2 ajudam a obter um melhor controle sobre ondulações de tensão na saída gerada, mas a resposta é lenta para frequências de entrada que variam rapidamente, enquanto valores menores de C2 causam filtragem ruim, mas oferecem resposta e ajuste rápidos com as frequências de entrada que mudam rapidamente.

O valor de R1 pode ser ajustado para alcançar uma faixa de tensão de saída de deflexão de escala completa personalizada com referência a uma determinada faixa de frequência de entrada de escala completa.

Como funciona o circuito conversor de frequência para tensão

O funcionamento básico do circuito conversor de frequência para tensão proposto é baseado em uma teoria de carga e equilíbrio. A frequência do sinal de entrada é calculada de acordo com a expressão V)(in)/R1, e este valor é processado pelo opamp IC relevante através da integração com o auxílio de C2. O resultado desta integração dá origem a uma tensão de saída de integração de rampa decrescente.

Enquanto o acima ocorre, o estágio one-shot subsequente é acionado, conectando a corrente de referência de 1 mA com a entrada do integrador no decorrer da operação one-shot.

Isso, por sua vez, inverte a resposta da rampa de saída e faz com que ela suba, isso continua enquanto o one-shot está ligado e, assim que seu período decorre, a rampa novamente é forçada a mudar sua direção e faz com que volte para a queda descendente padronizar.

Calculando a Frequência

O processo de resposta oscilante acima permite um equilíbrio sustentado de carga (corrente média) entre a corrente do sinal de entrada e a corrente de referência, que é resolvida com a seguinte equação:

I(in) = IR (ave)
V(in) / R1 = fo tos
(1ma)
Onde fo é a frequência na saídat é o período one-shot = 7500 C1 (Frarads)

Os valores para R1 e C1 são selecionados apropriadamente de modo a resultar em um ciclo de trabalho de 25% na faixa de frequência de saída de escala total. Para FSD que pode estar acima de 200kHz, os valores recomendados gerariam cerca de 50% do ciclo de trabalho.

Dicas de aplicação:

A melhor área de aplicação possível para o circuito conversor de frequência para tensão explicado acima é onde o requisito exige uma tradução de dados de frequência em dados de tensão.

Por exemplo, este circuito pode ser usado em tacômetros e para medir velocidades de motores em faixas de tensão.

Este circuito pode ser usado para fazer velocímetros simples para veículos de 2 rodas, incluindo bicicletas, etc.

O IC discutido também pode ser usado para obter medidores de frequência simples, baratos e precisos em casa, usando voltímetros para ler a conversão de saída.

3) Usando IC LM2917

Esta é outra excelente série IC que pode ser usada para uma infinidade de aplicações de circuitos diferentes. Basicamente é um conversor de frequência para tensão (tacômetro) IC com muitos recursos interessantes. Vamos aprender mais.

Principais Especificações Elétricas

As principais características do IC LM2907 e LM2917 estão sublinhadas da seguinte forma:

  • O pino do tacômetro de entrada que é referenciado ao terra pode ser diretamente compatível com todos os tipos de captadores magnéticos com relutância variável.
  • O pino de saída está ligado a um transistor coletor comum ajustado internamente que é capaz de absorver até 50mA. Isso pode operar até mesmo um relé ou um solenóide diretamente sem transistores de buffer externo, LEDs e lâmpadas também podem ser integrados com a saída incluindo e, é claro, podem ser fornecidos a entradas CMOS.
  • O chip pode dobrar baixas frequências de ondulação.
  • As entradas do tacômetro possuem histerese integrada.
  • A entrada do tacômetro com referência à terra é totalmente protegida contra oscilações de frequência de entrada que excedem a tensão de alimentação do IC ou potencial negativo abaixo de zero.

Os detalhes de pinagem dos vários pacotes disponíveis do IC LM2907 e LM2917 podem ser vistos nas imagens abaixo:

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As principais áreas de aplicação deste CI são:

  • Sensor de velocidade: pode ser usado para detectar uma velocidade rotacional ou a taxa de um elemento em movimento
  • Conversores de Frequência: Para converter frequência em diferença de potencial linearmente variável
  • Sensores de chave de toque baseados em vibração

Automotivo

O chip torna-se especialmente útil no campo automotivo, conforme indicado abaixo:

  • Velocímetros: Em veículos para medição de velocidade
  • Medidores de Permanência do Breaker Point: Também um aplicativo de instrumento de medição relacionado ao motor do veículo.
  • Tacômetro Handy: O chip pode ser usado para fazer tacômetros portáteis.
  • Controladores de velocidade: O dispositivo pode ser aplicado em instrumentos de controle de velocidade ou reguladores de velocidade
  • Outras aplicações interessantes do LM2907/LM2917 IC incluem: controle de cruzeiro, controle de trava de porta automotiva, controle de embreagem, controle de buzina.

Classificações máximas absolutas

(ou seja, as classificações que não devem ser excedidas, do IC são)

  1. Tensão de alimentação = 28V
  2. Corrente de alimentação = 25mA
  3. Tensão do coletor do transistor interno = 28V
  4. Tensão de entrada do tacômetro diferencial = 28V
  5. Faixa de tensão de entrada = +/-28V
  6. Dissipação de potência = 1200 a 1500 mW

Outros parâmetros elétricos

Ganho de tensão = 200V/mV

Corrente do dissipador de saída = 40 a 50mA

Características e vantagens impressionantes deste IC

  1. A saída não responde a frequências zero e também produz tensão zero na saída.
  2. A tensão de saída pode ser calculada simplesmente usando a fórmula: VOUT = fIN × VCC × Rx × Cx
  3. Uma rede RC simples decide o recurso de duplicação de frequência do IC.
  4. Um grampo zener no chip produz uma frequência regulada e estabilizada para conversão de tensão ou corrente (somente em LM2917s)

Um diagrama de conexão típico do IC LM2907/LM2917 é mostrado abaixo:

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Usando IC LM331

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Outro conversor simples de frequência para tensão pode ser visto no diagrama de circuito acima, usando um único IC LM331.

Aqui o VFora pode ser calculado usando os seguintes cálculos:

VFora = fDENTRO x (Reu/RS) x (1,9V) x (1,1RtCt)

Para mais informações, você pode consultar este artigo

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FONTE


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