周波数-電圧変換器は、周波数またはパルスを電圧や電流などの比例電気出力に変換します。これは、イベントが繰り返される電気機械測定にとって重要なツールです。したがって、周波数から電圧へのコンバータ回路の両端に周波数を提供すると、比例DC出力が提供されます。ここでは、KA331ICを使用して周波数から電圧へのコンバータ回路を構築しています。
KA331 IC
KA331は、シンプルで低コストのアナログ-デジタルコンバーターを作るために使用される電圧-周波数コンバーターですが、周波数-電圧コンバーターとしても使用できます。8ピンDIPICは、1Hzから100KHzまでの広い帯域幅で動作します。また、5Vから40Vまでの幅広い電源電圧を備えています。KA331は人気のLM331と同等です。LM331もこのF-to-V回路で使用できます。
以下は、データシートから抜粋したKA331のピン配列と内部回路です。
必要な材料
- KA331IC-1個
- .01uFセラミックコンデンサ-1個
- 470pFセラミックコンデンサ-1pc
- 定格16Vの1uF電解コンデンサ
- 1％安定性定格MFRの10k抵抗-2個
- 1％安定性定格MFRの100k抵抗-2個
- 安定性定格MFRが1％の68k抵抗-1pc
- 安定性定格MFR-1％の6.8k抵抗-1pc
- ブレッドボード
- 15V電源
- 一本線
- 回路全体をチェックするための周波数発生器または関数発生器。
回路図
周波数から電圧への回路の働き
回路の主成分はKA331です。回路の入力は470pFのコンデンサC1の両端に接続され、コンデンサC1はさらにKA331のスレッショルドピン（ピン6）に接続されています。抵抗R3とR4は、KA331のコンパレータPIN7に接続された分圧回路を形成しています。コンデンサC3と抵抗R5は、ピン5の両端に必要な発振を提供するRCタイマーです。抵抗R2は、ピン2の両端に基準電流を供給します。回路には、KA331のピン8の両端に接続された15vの電圧が供給されます。
回路の出力電圧を計算するための式は–
Vout = f入力x基準電圧x（R L / R S）x（R t x C t）
Fここで、入力周波数であり、R Lは負荷抵抗であり、R Sは、電流源抵抗、Rはであり、TおよびC Tは、 RC発振器の抵抗とコンデンサです。
したがって、私たちの回路の場合、式は次のようになります–
Vout = f入力x基準電圧x（R 6 / R 2）x（R 5 x C 3）
データシートによると、KA331の基準電圧は1.89Vです。したがって、出力電圧を取得するために回路全体に500 Hzの入力信号を提供すると、–
Vout = 500 x 1.89 x（100k / 100k）x（6.8kx 0.001uf） Vout = 500 x 1.89 x 1 x（6800k x 10 -8） Vout = 0.064Vまたは64mV
したがって、回路全体に500 Hzの周波数を適用すると、回路は64mVの出力を提供します。
ここでは、ブレッドボード上に回路を構築しました。
周波数-電圧回路のテスト
回路をテストするには、次のツールを使用します–
- 科学的なPSD3205ベンチ電源。
- MetraviFG3000関数発生器。
- UNI-TUT33Dマルチメータ。
回路は1％の金属皮膜抵抗を使用して構築されており、コンデンサの許容誤差は考慮されていません。試験中の室温は摂氏22度でした。
回路をテストするために、ベンチ電源は15V出力に設定されています。
関数発生器は、方形波出力として約500Hzを提供しています。
関数発生器にアクセスできない場合は、従来のLM555 ICを使用してタイマー回路を構築するか、Arduinoを使用して関数発生器を構築することもできます。ただし、Androidアプリは、ヘッドフォン出力を介して信号が生成される場合にも機能します。
マルチメータは出力の両端に接続され、範囲はミリボルトとして選択されます。
マルチメータの出力は計算値を示しています。500Hzの方形波を入力横切って供給されたときに回路64 mVの出力を与えています。
詳述作業ビデオは複数の入力が与えられると、出力電圧が入力電圧の比に変更される端に与えられます。
改善点
この周波数-電圧変換回路は、精度を高めるためにPCB上に構築できます。回路のクリティカルセクションはRC発振器です。RC発振器は、KA331ICの両端に近接して配置する必要があります。長距離では、銅トレースは追加の抵抗を追加し、浮遊容量にも寄与するため、発振をドリフトさせる可能性があります。適切なグランドプレーンも必要です。
アプリケーション
周波数から電圧へのコンバーターは、タコメーターが周波数から電圧へのコンバーターを使用してモーターの速度を計算するように、測定と計測に使用されます。さまざまな種類のゲージメーター、スピードメーターもこの手法を使用します。