電圧-周波数変換器（VFC）は、周波数が入力電圧に直線的に比例する方形波を出力する発振器です。出力方形波をマイクロコントローラのデジタルピンに直接供給して、DC入力電圧を正確に測定できます。つまり、入力電圧は、8051またはADCを内蔵していない他のマイクロコントローラを使用して測定できます。
VFCは電圧制御発振器（VCO）と間違われることがよくありますが、VFCには、ダイナミックレンジ、低直線性誤差、温度および供給電圧に対する安定性など、（VCO）にはない多くの利点と強化された性能仕様があります。 。VFCの逆も可能です。これは、前のチュートリアルですでに示した周波数から電圧への変換を意味します。
ここでは、IC AD654をこの回路で使用して、動作を示しています。これは、周波数変換器へのモノリシック電圧です。オシロスコープは、出力方形波を表示するためにも使用されます。
IC AD654
AD654は電圧から周波数へのコンバータICであり、8ピンDIPパッケージで提供されます。これは、入力アンプ、非常に正確な内蔵発振器、およびICが最大12個のTTL負荷、オプトカプラー、長いケーブル、または同様の負荷を駆動できるようにする大電流オープンコレクター出力ドライバーで構成されており、 （5-30）ボルトの間。もう1つ言及すべきことは、他のICとは異なり、AD654 ICは方形波を出力するため、マイクロコントローラーが読み取り値を簡単に測定できることです。このチップの最も興味深い機能のいくつかを以下に示します。
特徴：
- 広い入力電圧±30V
- 500kHzまでのフルスケール周波数
- 125MΩの高入力インピーダンス、
- 低ドリフト（4 µV /°C）
- 2.0mA静止電流
- 低オフセット1mV
- 外部コンポーネントの最小要件
必要なコンポーネント
| Sl.No | 部品 | タイプ | 量 |
| 1 | AD654 | IC | 1 |
| 2 | LM7805 | 電圧レギュレータIC | 1 |
| 3 | 1000pF | コンデンサ | 1 |
| 4 | 0.1uF | コンデンサ | 1 |
| 5 | 470uF、25V | コンデンサ | 1 |
| 6 | 10K、1％ | 抵抗器 | 4 |
| 7 | ポテンショメータ、10K | 可変抵抗器 | 1 |
| 8 | 電源ユニット | 12V、DC | 1 |
| 9 | シングルゲージワイヤ | ジェネリック | 6 |
| 10 | ブレッドボード | ジェネリック | 1 |
回路図
この電圧-周波数変換回路の回路図はデータシートから取得され、このデモンストレーション用に回路を変更するためにいくつかの外部コンポーネントが追加されました
この回路は、回路図に示されているコンポーネントを備えた無はんだブレッドボード上に構築されています。デモンストレーションの目的で、入力電圧を変化させるためにアンプの入力セクションにポテンショメータが追加され、それによって出力の変化を観察できます。
注意！すべてのコンポーネントは、寄生容量のインダクタンスと抵抗を減らすために、可能な限り近くに配置されます。
デバイスはどのように機能しますか？
内部オペアンプが入力として使用され、周波数変換器への電流に1mAの駆動電流が供給されると、入力電圧をNPNフォロワの駆動電流に変換します。これは外部タイミングコンデンサを充電し、この方式により、発振器は100 nA〜2mAの全電圧範囲にわたって非線形性を提供できます。この出力は、出力を取得できるオープンコレクターを備えた単なるNPNパワートランジスタである出力ドライバーにも送られます。
計算
回路の出力周波数を理論的に計算するには、次の式を使用できます。
Fout = Vin / 10 * Rt * Ct
どこ、
- Foutは出力周波数です
- Vinは回路の入力電圧であり、
- RtはRC発振器の抵抗です
- CtはRc発振器のコンデンサです
例えば、
- Vinは0.1Vまたは100mV
- Rtは10000Kまたは10Kです
- Ctは0.001uFまたは1000pFです
Fout = 0.1 /（10 * 10 * 0.001）Fout = 1 KHz
したがって、回路の入力に0.1Vを印加すると、出力に1kHzが得られます。
電圧変換器のテスト
回路をテストするには、次のツールを使用します
- 12Vスイッチモード電源（SMPS）
- Meco 108B +マルチメーター
- Hantech 600BE USBPCオシロスコープ
回路を構築するために、1％の金属皮膜抵抗が使用され、コンデンサの許容誤差は考慮されていません。テスト中の室温は摂氏22度でした
テスト設定
ご覧のとおり、DC入力電圧は11.73Vです。
また、ICの入力ピンの電圧は104.8mVです。
ここで、私のDSOの出力が1.045kHzであることがわかります。
作動回路の詳細な映像が複数の入力を与えられ、周波数は入力電圧の割合で変化させた場合について説明します。
さらなる強化
PCB上に回路を作成することにより、安定性を向上させることができます。また、許容誤差が0.5％の抵抗とコンデンサを使用して精度を向上させることもできます。この回路の最も重要な部分はRC発振器セクションであるため、RC発振器は入力ピンのできるだけ近くに配置する必要があります。そうしないと、PCBトレースまたはコンポーネントの開始容量と抵抗によって回路の精度が低下する可能性があります。
アプリケーション
これは非常に便利なICであり、多くのアプリケーションに使用できます。その一部を以下に示します。
- ADCとしてのAD654VFC
- 周波数ダブラー
- 熱電対付き温度センサー
- 歪みゲージ
- 関数発生器
- 自己バイアス精密時計
この記事が気に入って、そこから何か新しいことを学んだことを願っています。疑問がある場合は、以下のコメントで質問するか、フォーラムを使用して詳細なディスカッションを行うことができます。