Схема преобразователя частоты в напряжение

Преобразователь частоты в напряжение преобразует частоты или импульсы в пропорциональный электрический выходной сигнал, такой как напряжение или ток. Это важный инструмент для электромеханических измерений, когда происходят повторяющиеся события. Таким образом, когда мы обеспечиваем частоту в цепи преобразователя частоты в напряжение, она будет обеспечивать пропорциональный выход постоянного тока. Здесь мы используем микросхему KA331 для построения схемы преобразователя частоты в напряжение.

КА331 ИС

KA331 - это преобразователь напряжения в частоту, который используется для создания простого недорогого аналого-цифрового преобразователя, но его также можно использовать в качестве преобразователя частоты в напряжение. 8-контактная микросхема DIP может работать в широком диапазоне частот от 1 Гц до 100 кГц. Также он имеет широкий диапазон питающего напряжения от 5В до 40В. KA331 является эквивалентом популярного LM331. LM331 также может использоваться в этой цепи F-to-V.

Ниже приведена схема контактов и внутренняя схема KA331, взятые из таблицы данных.

Требуемый материал

1. КА331 микросхема - 1шт
2. Конденсатор керамический 0,01 мкФ - 1шт
3. Конденсатор керамический 470пФ - 1шт
4. Электролитический конденсатор 1 мкФ с номиналом 16 В
5. Резистор 10к с рейтингом стабильности 1% MFR - 2шт.
6. Резистор 100 кОм с показателем стабильности 1% MFR - 2шт.
7. Резистор 68 кОм с рейтингом стабильности 1% MFR - 1 шт.
8. Резистор 6,8 кОм с показателем стабильности 1% MFR - 1 шт.
9. Макетная плата
10. Источник питания 15В
11. Однониточная проволока
12. Генератор частоты или функциональный генератор для проверки всей цепи.

Принципиальная схема

Работа от частоты до цепи напряжения

Основной компонент схемы - КА331. Вход схемы подключен к конденсатору C1 емкостью 470 пФ, который дополнительно подключен к пороговому выводу KA331 (вывод 6). Резисторы R3 и R4 образуют цепь делителя напряжения, которая подключена к контакту 7 компаратора KA331. Конденсатор C3 и резистор R5 - это RC-таймер, который обеспечивает необходимые колебания на выводе 5. Резистор R2 обеспечивает опорный ток на выводе 2. На схему подается напряжение 15 В, которое подключается к выводу 8 KA331.

Для расчета выходного напряжения схемы формула:

Vout = F _вход х Опорное напряжение х (R _L / R _S) х (Р _т х С _т)

Где f _input - частота, R _L - резистор нагрузки, R _S - резистор источника тока, R _t и C _t - резистор и конденсатор RC-генератора.

Следовательно, для нашей схемы формула будет -

Vout = F _вход х Опорное напряжение х (R ₆ / R ₂) х (R ₅ х С ₃)

Согласно спецификации, то опорное напряжение KA331 является 1.89V. Итак, если мы подадим на схему входной сигнал 500 Гц, чтобы получить выходное напряжение -

Vout = 500 х 1,89 х (100k / 100k) х (6.8kx 0.001uf) Vout = 500 х 1,89 х 1 х (6800k х 10 ^-8) Vout = 0.064V или 64mV

Таким образом, когда в цепи применяется частота 500 Гц, она обеспечивает выходное напряжение 64 мВ.

Здесь мы построили схему на макете.

Проверка частоты и напряжения цепи

Для проверки схемы используются следующие инструменты -

1. Настольный блок питания Scientific PSD3205.
2. Генератор функций Metravi FG3000.
3. Мультиметр UNI-T UT33D.

Схема построена с использованием 1% металлопленочных резисторов, допуски конденсаторов не учитываются. Во время тестирования комнатная температура составляла 22 градуса Цельсия.

Для проверки схемы на стенде устанавливается напряжение питания 15 В.

Функциональный генератор выдает около 500 Гц в виде прямоугольной волны на выходе.

Для тех, у кого нет доступа к генератору функций, схема таймера может быть построена с использованием классической микросхемы LM555 или Arduino также может использоваться для создания генератора функций. Однако приложение Android также может работать, когда сигналы генерируются через выход для наушников.

Мультиметр подключается к выходу, и выбирается диапазон милливольт.

На выходе мультиметра отображается рассчитанное значение. Схема дает 64 мВ выход при 500 Гц прямоугольной волны подается через вход.

Подробно работает видео приведено в конце, где несколько входов приведены и выходное напряжение изменяется в соотношении от входного напряжения.

Улучшения

Эта схема преобразователя частоты в напряжение может быть построена на печатной плате для большей точности. Критическим участком схемы является RC-генератор. RC-генератор необходимо разместить на близком расстоянии от микросхемы KA331. На большом расстоянии медная дорожка может сместить колебания, так как она будет добавлять дополнительное сопротивление, а также вносить паразитную емкость. Также требуется правильная заземляющая плоскость.

Приложения

Преобразователь частоты в напряжение используется в измерениях и контрольно-измерительных приборах, например, тахометр использует преобразователь частоты в напряжение для расчета скорости двигателя. Эту технику используют и разные виды манометров, спидометры.