Convertisseur tension-fréquence utilisant AD654

Un convertisseur tension-fréquence (VFC) est un oscillateur qui produit une onde carrée, dont la fréquence est linéairement proportionnelle à sa tension d'entrée. L'onde carrée de sortie peut être directement envoyée à une broche numérique d'un microcontrôleur pour mesurer avec précision la tension d'entrée CC, ce qui signifie que la tension d'entrée peut être mesurée à l'aide du 8051 ou de tout autre microcontrôleur qui n'a pas de convertisseur analogique-numérique intégré.

Le VFC est souvent confondu avec l'oscillateur commandé en tension (VCO), mais les VFC présentent de nombreux avantages et des spécifications de performances améliorées qu'un (VCO) n'a pas, comme la plage dynamique, une faible erreur de linéarité, la stabilité avec la température et la tension d'alimentation et bien d'autres.. L'inverse de VFC est également possible signifie la conversion de fréquence en tension, ce que nous avons déjà démontré dans le tutoriel précédent.

Ici, IC AD654 est utilisé dans ce circuit pour démontrer le fonctionnement, qui est une tension monolithique vers un convertisseur de fréquence. Un oscilloscope est également utilisé pour afficher l'onde carrée de sortie.

IC AD654

L'AD654 est un circuit intégré de convertisseur de tension en fréquence et est livré dans un boîtier DIP à 8 broches. Il est composé d'un amplificateur d'entrée, d'un oscillateur intégré très précis et d'un pilote de sortie à collecteur ouvert à courant élevé qui permet à l'IC de piloter jusqu'à 12 charges TTL, optocoupleurs, longs câbles ou charges similaires, et peut être utilisé dans entre (5-30) Volts. Une autre chose à mentionner est que, contrairement aux autres circuits intégrés, le circuit intégré AD654 produit une onde carrée, il est donc facile pour un microcontrôleur de mesurer les lectures. Certaines des fonctionnalités les plus intéressantes de cette puce répertoriées ci-dessous.

Traits:

Tension d'entrée large ± 30 V
Fréquence pleine échelle jusqu'à 500 kHz
Impédance d'entrée élevée de 125 MΩ,
Faible dérive (4 µV / ° C)
Courant de repos de 2,0 mA
Décalage faible 1 mV
Une exigence minimale pour les composants externes

Composants requis

Sl.Non	les pièces	Type	Quantité
1	AD654	IC	1
2	LM7805	Régulateur de tension IC	1
3	1000pF	Condensateur	1
4	0,1 uF	Condensateur	1
5	470uF, 25 V	Condensateur	1
6	10 000, 1%	Résistance	4
sept	Potentiomètre, 10K	Resistance variable	1
8	Bloc d'alimentation	12 V, CC	1
9	Fil de calibre unique	Générique	6
dix	Planche à pain	Générique	1

Diagramme schématique

Le schéma de ce circuit convertisseur de tension en fréquence est tiré de la fiche technique et certains composants externes ont été ajoutés pour modifier le circuit pour cette démonstration

Ce circuit est construit sur une maquette sans soudure avec les composants indiqués dans le schéma, à des fins de démonstration, un potentiomètre est ajouté dans la section d'entrée de l'amplificateur pour faire varier la tension d'entrée et avec cela, nous pouvons observer le changement de sortie.

Remarque! Tous les composants sont placés le plus près possible pour réduire l'inductance et la résistance de capacité parasite.

Comment fonctionne l'appareil?

L'amplificateur opérationnel interne est utilisé comme entrée, et il est là pour convertir la tension d'entrée en courant d'entraînement pour le suiveur NPN lorsqu'un courant d'entraînement de 1 mA est fourni au courant vers un convertisseur de fréquence. Il charge le condensateur de synchronisation externe et ce schéma permet à l'oscillateur de fournir une non-linéarité sur la plage de tension totale de 100 nA à 2 mA. Cette sortie va également à un pilote de sortie qui est juste un transistor de puissance NPN avec un collecteur ouvert à partir duquel nous pouvons obtenir la sortie

Calculs

Pour calculer la fréquence de sortie du circuit théoriquement, la formule suivante peut être utilisée

Fout = Vin / 10 * Rt * Ct

Où,

Fout est la fréquence de sortie
Vin est la tension d'entrée du circuit,
Rt est la résistance de l'oscillateur RC
Ct est le condensateur de l'oscillateur Rc

Par exemple,

Vin être 0,1 V ou 100 mV
Rt est 10000K ou 10K
Ct être 0,001uF ou 1000pF

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

Donc, si 0,1 V est appliqué à l'entrée du circuit, nous obtiendrons 1 kHz dans la sortie

Test du convertisseur de tension en fréquence

Pour tester le circuit, les outils suivants sont utilisés

Alimentation à découpage 12V (SMPS)
Multimètre Meco 108B +
Oscilloscope PC USB Hantech 600BE

Pour construire le circuit, des résistances à couche métallique à 1% sont utilisées et la tolérance des condensateurs n'est pas prise en compte. La température ambiante était de 22 degrés Celsius pendant les tests

Configuration du test

Comme vous pouvez le voir, la tension d'entrée CC est de 11,73 V

Et la tension à la broche d'entrée de l'IC est de 104,8 mV

Ici, vous pouvez voir que la sortie de mon DSO est de 1,045 kHz.

Une vidéo détaillée du circuit de travail est donnée ci-dessous où plusieurs entrées ont été données et la fréquence a changé dans le rapport de la tension d'entrée.

Amélioration supplémentaire

En réalisant le circuit sur un PCB, la stabilité peut être améliorée, ainsi que des résistances et des condensateurs avec des tolérances de 0,5% peuvent être utilisés pour améliorer la précision. La partie la plus importante de ce circuit est la section d'oscillateur RC, de sorte que l'oscillateur RC doit être placé aussi près que possible des broches d'entrée, sinon, la capacité de démarrage et la résistance des traces de PCB ou du composant peuvent réduire la précision du circuit.

Applications

Ceci est un IC très utile et peut être utilisé pour de nombreuses applications, dont certaines énumérées ci-dessous

AD654 VFC en tant qu'ADC
Doubleur de fréquence
Capteur de température avec thermocouple
Jauge de contrainte
Générateur de fonctions
Horloge de précision à polarisation automatique

J'espère que vous avez aimé cet article et en avez appris quelque chose de nouveau. Si vous avez le moindre doute, vous pouvez demander dans les commentaires ci-dessous ou utiliser nos forums pour une discussion détaillée.