Преобразователь напряжения в частоту микросхема

Преобразователь частоты в напряжении — схема

    0 commentsПринцип работы 26 января, 2020

Такой преобразователь изменяет пульсации частотой до 9 килогерц в напряжение тока постоянной величины до 9 вольт. Основная составляющая часть устройства составляет микросхема ТС9401.

Сигнал должен иметь амплитуду не больше питающего напряжения, выходит на разъем CON1. Питающее напряжение идет на разъем CON3. Диод не дает току протекать, если полярность перепутана. Установка на ноль делается с помощью вольтметра во время выключенного входа. Потенциал на выходе снимается на разъеме CON2.

Прибор, преобразующий частотную характеристику в напряжение, применяется в любительском частотомере или компараторе.

Схема устройства, преобразующего частоту в потенциал.

Из шести частей можно создать устройство, потенциал на выходе которого прямо зависит от частоты сигнала на входе. Тогда здесь тройка элементов – это конденсатор, сопротивление и операционный усилитель обязаны иметь удовлетворительную стабильность температуры. Такой преобразователь гарантированно дает линейность в промежутке частот до 1 МГц.

Усредненный ток, который вытекает из заземляющего провода триггера Шмитта, прямо зависит от частоты, с которой приводит к разряду. Ток во время протекания через резистор обратной связи, создает прямую зависимость падения напряжения.

Конденсаторы осуществляют сглаживание выбросов, которые сопутствуют быстрому переключению микросхем. Во время использования этих компонентов промежуток выходных напряжений равен от нуля до десяти вольт для входящих сигналов частотой до 10 кГц. Если нужно увеличить диапазон частот на схеме, то приходится принять во внимание свой ток, который потребляется микросхемой, которым нельзя пренебрегать на больших частотах. Но учитывать такой ток очень просто, так как он увеличивается вместе с увеличением частоты. Нужно в расчетах добавить его к току разрядки конденсатора.

Можно использовать и такой факт, что в основании микросхемы имеется 6 триггеров Шмитта, и создать объединитель частот. Если вы будете подключать емкость к выходу всех инверторов, и дадите на все входы сигналы разной частоты, то получится выходное напряжение, которое напрямую зависит от суммы частот.

Также, можно расширять схему, если сделать соединение параллельной схемой все инверторы. Нелинейность устройства в частоту будет не более 0,4%.

Генераторы импульсов (треугольных).

Мультивибратор генерирует импульсы прямоугольного типа. В электротехнике и радиотехнике кроме таких пульсаций нашли широкое назначение импульсы с формой, которая меняется: в виде треугольника и пилы, которые используются в ШИМ обозначениях контроллеров. ШИМ – это широтно-пульсационная модуляция сигнала.

Основная схема генератора линейно-нарастающего напряжения.

Чтобы понять происхождение формирования линейно увеличивающего напряжения надо всегда помнить, каким образом идет переходящий процесс в схемах интегрирования. Потенциал на конденсаторе будет определено размером заряда, который накоплен конденсатором.

Размер емкости и величина силы тока имеют неизменную величину. Поэтому напряжение заряда конденсатора прямо зависит от времени, которое проходит со времени замыкания ключа. Конденсатор имеет потенциал, который является суммой всех напряжений за все время. Этот процесс называется интегрированием, а схема этой операции является интегратором.

Интегратор этого типа, имеющий при выходе непостоянную форму потенциала, становится основой для выстраивания генераторов треугольного и в виде пилы напряжения.

Генератор напряжения в виде треугольника.

Самый легкий способ создания пульсаций в виде треугольника есть схема с триггером Шмитта и интегратор. Выходящий канал триггера соединяется со входом интегратора, а выходной канал интегратора со входом триггера Шмитта. Схема простая, однако позволяет создать неплохие треугольные импульсы.

Такой генератор состоит из триггера Шмитта и сопротивлениях, интегратора, конденсатора. Импульсы в виде треугольника получают на выходе. Резисторы работают в качестве компенсаторов напряжения смещения, когда не нужна сильная симметрия импульсов. Тогда их можно заменить перемычками.

Размах потенциала на выходе в виде треугольника будет равной размеру гистерезиса триггера Шмитта. Во время регулировки величины гистерезиса триггера можно повышать или снижать амплитуду импульсов на выходе треугольного напряжения.

Размер треугольной пульсации включает в себя два промежутка: периода повышения длительности и периода уменьшения временного потенциала.

Генератор напряжения формы в виде пилы.

Вышеописанный преобразователь необходимо быстро переделать в генерирующее устройство пилообразного потенциала. Надо лишь сделать различную периодичность зарядки и разрядки емкости по схеме суммирующего элемента. Изменения будут касаться цепи заряда-разряда конденсатора в интеграторе. Диоды позволят сделать заряд-разряд конденсатора различными токами. Все остальное действие генератора аналогично предыдущему. Схема его несимметрична. Частота при выходе этого пилообразного потенциала складывается из двух резисторов. Температурная нестабильность ограничивает стабильность частоты тока.

Инвертирующий (вычитающий) усилитель.

Схема усилителя в виде инвертора, который охвачен параллельной ООС по потенциалу показана на рисунках:

ООС создается за счет слияния выхода усилителя со входом резистором R2.

На входе инвертора ОУ происходит складывание токов. Так как входной ток ОУ i- = 0, то i1 = i2. Так как i1 = Uвх/R1, а i2 = -Uвых/R2, то . Ku = = -R2/R1. Знак «-» говорит о том, что происходит инверсия знака напряжения входа.

На рис. (б) в цепь неинвертирующего входного канала включен резистор R3 для снижения действия входных токов ОУ, резистор которого учитывается из выражения:

Резистор при входе усилителя на малых частотах примерно равен Rвх.ос = ≈ R1

Резистор на выходе Rвых.ос = намного меньше Rвых собственно ОУ.

Активные фильтры.

В электронике имеет большое применение схема для выделения полезного сигнала из состава входных сигналов с уменьшением помех сигналов с помощью фильтров.

Фильтры делятся на пассивные, которые выполнены из емкостей, катушек и резисторов, и активные на основе транзисторов и усилителей.

Фильтр – это устройство, пропускающее сигналы в определенной полосе пропускания и задерживания их в других частотах.

По разновидности АХЧ фильтры делятся фильтры малых частот и фильтры повышенных частот, а также полосовые и режекторные.

Упрощенный преобразователь напряжение – частота.

Если нужен упрощенный блок, преобразующий напряжение в частоту, то пользуются новой формой, где используют интегральный таймер серии 555. Это советский аналог КР1006ВИ1 и усилитель серии 741.

В обычной схеме включения 555 таймера конденсатор, задающий время, берет заряд от зарядного устройства через сопротивление. Эта цепь задает время. Здесь же вместо сопротивления применяется источник тока, который сделан на операционном усилителе, так что конденсатор заряжается линейно. Когда заряд достигает определенного напряжения, то конденсатор начинает разряжаться. Так как блок питания управляется напряжением входа, то и размер электричества прямо зависит от напряжения входа. В связи с этим заряженность емкости и частота пульсаций также прямо зависит от потенциала на входе. Допуск изменения характеристик будет не выше 3%.

Частотники, изменяющие потенциал и частоту определенного размера в одном такте дают получение совершенно существенной точности изменения при очень легкой реализации.

Электронные заводы делают выпуск следующих ПНЧ типа КР1108ПП1. Наиболее простая с многими функциями работа такого ПНЧ изображена на рисунке 3, а. ПНЧ вбирает в себя ОУ А1, 2 компаратора А2, A3, SR-триггер , 2 источника постоянных токов I1 и I2, 2 аналоговых электрических переключателя S1 и S2, источник основного потенциала Uк, логическую ячейку И и транзистор на выходе T1.
Для получения ПНЧ микросхему КР1108ПП1 нужно будет дополнить двумя емкостями C1, С2 и двумя сопротивлениями R1, R2. Детали R1, C1, А1 образуют суммирующий интегратор. Компараторы А2, A3, триггер, ключ S2, емкость С2 и источник тока I2 составляют одновибратор.

Работа ПНЧ происходит по следующему сценарию. Под воздействием положительного сигнала на входе Uвх потенциал на выходе суммирующего элемента (А1) снижается.

Читайте также  Преобразователь напряжения с 12 на 220 1000вт

Рис 3. Схема функций суммирующего ПНЧ на основании
ИС КР1108ПП1 (а) и схема включения этой ИС в режиме ПЧН (б).

Триггер теперь предстает нам в состоянии ноля, ключи SI, S2 стоят по рисунку 3, а. Ток I1 нагружает А1, здесь не будет оказывать влияние на выходной потенциал. Ток I2 через ключ S2 идет на заземление. Если потенциал размером А1 понизится до ноля, то сработает компаратор А2 и переведет триггер в размер единицы, запустит одновибратор. При этом ключ S2 разомкнется и под влиянием тока I2 начнет снижаться потенциал на емкости С2. Если этот потенциал вырастет до уровня Ur, то сработает компаратор A3 и триггер снова возвратится в состояние ноля. Пока триггер был равным единице, ток I1 проходил на вход интегратора, из-за этого напряжение на выходе А1 снова увеличилось. Далее все повторялось циклически.

Временной промежуток пульсации одновибратора, которое определяет длительность такта Т1 во время которого суммируется ток I1, можно определить по формуле T1=URC2/I2. Импульсы тока h выравнивают ток, вызываемый напряжением на входе Uвх. Рассматривая процесс выравнивания на протяжении одного цикла преобразования, получаем

Отсюда

В связи с этой зависимостью постоянство свойства изменения ПНЧ может влиять на постоянство наружных элементов R1, C2 и внутренних показателей U2, I2/I1.

Величина суммирующего конденсатора С1 при первом рассмотрении не дает влияния на выходную частоту ПНЧ. Более подробное рассмотрение выявляет, что для снижения С1 повышается размер потенциала на выходе суммирующего элемента, а это приводит к увеличению допуска нелинейности. Если же уменьшать данный размер, то повышается изменение выходных пульсаций ПНЧ из-за малой избирательности компаратора A2, особенно на небольших частотах. Подходящий размер выходит около 2,5 В.

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

  • Вычислительная техника
    • Микроконтроллеры микропроцессоры
    • ПЛИС
    • Мини-ПК
  • Силовая электроника
  • Датчики
  • Интерфейсы
  • Теория
    • Программирование
    • ТАУ и ЦОС
  • Перспективные технологии
    • 3D печать
    • Робототехника
    • Искусственный интеллект
    • Криптовалюты

Чтение RSS

Простой преобразователь напряжения в частоту своими руками

Схема преобразователя напряжение-частота на основе AD654

Преобразователь напряжения в частоту – это генератор, который выдает прямоугольный сигнал, частота которого линейно пропорциональна входному напряжению. Прямоугольный сигнал на выходе может быть напрямую подан на цифровой вывод микроконтроллера для точного измерения входного напряжения постоянного тока, что означает, что входное напряжение можно измерить с помощью любого микроконтроллера, который не имеет встроенного АЦП.

Преобразователь напряжения в частоту часто ошибочно принимают за генератор, управляемый напряжением (ГУН), но преобразователь напряжение-частота имеет много преимуществ и улучшенных технических характеристик, которых нет у ГУН, таких как динамический диапазон, низкая погрешность линейности, стабильность при температуре и напряжении питания и многое другое , И наоборот, преобразователь напряжение-частота также является возможным средством преобразования частоты в напряжение.

Здесь в этой схеме используется микросхема AD654 для демонстрации работы преобразователя, которая представляет собой монолитный преобразователь напряжения в частоту.

AD654 поставляется в 8-контактном DIP-корпусе. Он состоит из входного усилителя, очень точного встроенного генератора и мощного выходного драйвера с открытым коллектором, который позволяет микросхеме управлять до 12 нагрузками TTL, оптопарами, длинными кабелями или аналогичными нагрузками, и может работать в диапазоне напряжения между 5-30 вольт. Следует также отметить, что, в отличие от других микросхем, микросхема AD654 выдает прямоугольный сигнал, поэтому микроконтроллеру будет легко измерить показания.

Принципиальная схема преобразователя напряжения в частоту приведена далее.

Эта схема с целью тестирования была собрана на макетной без припоя с компонентами, показанными на схеме, для демонстрации добавлен потенциометр во входной секции усилителя для изменения входного напряжения, благодаря этому мы можем наблюдать изменение на выходе. Все компоненты расположены как можно ближе, чтобы уменьшить индуктивность и сопротивление паразитной емкости.

В качестве источника входного сигнала используется внутренний операционный усилитель, который предназначен для преобразования входного напряжения в ток возбуждения для повторителя NPN, когда ток возбуждения 1 мА подается на преобразователь частоты. Он заряжает внешний синхронизирующий конденсатор, и эта схема позволяет генератору обеспечивать нелинейность во всем диапазоне напряжений от 100 нА до 2 мА. Этот выходной сигнал также идет к выходному драйверу, который является просто силовым транзистором NPN с открытым коллектором, из которого мы можем получить выходное напряжение.

Чтобы рассчитать выходную частоту цепи теоретически, можно использовать следующую формулу: Fout = Vin / 10*Rt*Ct.

Здесь Fout – выходная частота, Vin – входное напряжение цепи, Rt – резистор для RC-генератора, Ct – конденсатор для RC-генератора.

Например, при Vin = 100 мВ, Rt = 10 КОм, Ct = 1000 пФ имеем: Fout = 0.1 / (10 * 10 * 0.001) = 1 КГц.

Таким образом, если на вход схемы подано 0,1 В, мы получим 1 кГц на выходе.

Для проверки схемы использовались следующие инструменты: импульсный источник питания 12 В, мультиметр Meco 108B+, Осциллограф USB-ПК Hantech 600BE.

Как видите, входное напряжение постоянного тока составляет 11,73 В.

А напряжение на входном выводе микросхемы составляет 104,8 мВ.

На осциллографе можно увидеть выходной сигнал с частотой 1.045 кГц.

Преобразователь частоты в напряжение

В 1987 году в журнале «Радио» в разделе «Обмен опытом» была опубликована схема преобразователя частоты в напряжение (рис.1) [1]. Помнится, что очень хотелось собрать на ней частотомер, но как-то всё не получалось найти нужные транзисторы и схема так и осталась непроверенной.

Прошло много лет, всё забылось, а вот недавно понадобилось контролировать частоту на достаточно большом промежутке времени и сразу, вдруг, вспомнился тот преобразователь. А это значит, что пришло время его собирать…

Принцип работы перепечатывать из статьи не буду, приведу часть отсканированного текста (рис.2).

В схеме, непонятно почему, конденсатор С7 стоит «минусом» в общий провод, хотя понятно, что при подаче на инвертирующий вход операционного усилителя положительного напряжения на его выходе получается отрицательное. Давайте, будем считать это банальная опечатка и просто учтём её на будущее.

Указанные в статье полевые транзисторы сейчас уже можно не искать – есть удобные мультиплексоры аналоговых сигналов – например, 74HC4052. Операционный усилитель тоже лучше использовать более современный, а если же взять «спаренный», то после дополнительного каскада инверсии на выходе можно получить более удобное и привычное положительное напряжение.

Немного посидев с паяльником и макетной платой, получилась схема, показанная на рисунке 3, где входной синусоидальный сигнал преобразуется триггером Шмитта 74HCT14 (DD1) в прямоугольный, который управляет ключами мультиплексора 74HC4052 (DD2). Алгоритм их переключения таков, что при низком уровне на выводе 9 замкнут «верхний ключ» (13 и 12 выводы) и разомкнут «нижний» (3 и 2 выводы), а при высоком уровне на выводе 9 всё наоборот — разомкнут «верхний» и замкнут «нижний». Зарядный ток конденсатора преобразуется в напряжение и фильтруется на операционном усилителе ОР1.1, проходит через НЧ фильтр R6C5 и затем инвертируется и дополнительно фильтруется на ОР1.2.

Стабилизаторы напряжений питания VR1 и VR2 выбраны 5-тивольтовыми исходя из того, что в схеме стоит микросхема с 5-ти вольтовым питанием – 74HCT14. Можно, конечно, использовать только VR1, запитав от него микросхемы DD1 и DD2, а ОР1 питать от цепей +/-12 В и, тогда, изменив коэффициент усиления каскада на ОР1.2, можно получить большее выходное напряжение. При той же схемотехнике, что показана на рисунке 3, на выходе ОР1.2 получается +3,5 В при входной частоте 700 Гц («прирост» напряжения по 0,5 В на каждые 100 Гц).

Читайте также  Испытание изоляции повышенным напряжением электроинструмента

При проверке работоспособности применялась программа SpectraPLUS, имеющая в себе утилиту генератора сигналов. На рисунке 4 тремя участками по пять минут показано состояние выходного напряжения при «линейном» изменении входной частоты от 0,1 Гц до 700 Гц.

Была проверена работа и с другими параметрами изменения частоты – на рисунке 5 результат «обратный по частоте» (т.е. от 700 Гц до 0,1 Гц), а на рисунке 6 – с логарифмической зависимостью изменения частоты. Графики сделаны при меньших временных интервалах.

На относительно больших скоростях свипирования заметны искажения фронтов в моменты резкого изменения частоты (рис.7), причина которых кроется в больших временных постоянных фильтров низких частот. Простое уменьшение номинальных значений конденсаторов С4, С5 и С10 проблему с искажениями фронтов несколько уменьшает, но тогда появляется проблема с плохой фильтрацией пульсаций сигналов на самых низких частотах. В данном случае проблема «затяжки» фронта решается выбором бОльшего времени свипирования.

Чувствительность преобразователя около 0,85 В на частотах выше 10 Гц, но на частотах ниже зависит как от ёмкости разделительного конденсатора на выходе звуковой карты, так и от параметров входной цепи самого преобразователя. В связи с этим возможно изменение скважности при преобразовании входного сигнала в прямоугольник и чтобы его исключить, в схему следует добавить триггер DD3 (рис.8), делящий частоту сигнала в два раза и этим преобразующий его в сигнал с одинаковой длительностью «нулевого» и «единичного» состояний (меандр). Естественно, в этом случае для получения тех же значений выходных напряжений, входящая частота должна быть в два раза выше.

В приложении к тексту есть файл печатной платы в формате программы Sprint-Layout с разводкой под дополнительную микросхему 74HC74. Размер платы 60х45 мм, все детали установлены с одной стороны (рис.9 и рис.10), фольга на другой стороне используется как общий провод. Вид сделан со стороны печати, при ЛУТ нужно выбирать опцию «Зеркально».

Детали применены как для поверхностного монтажа, так и обычные выводные.

Стабилизаторы напряжений питания можно использовать и маломощных версий, с буквой «L» — просто здесь установлены те, которых было больше в наличии.

«Зарядный» конденсатор С3 в макетной плате использовался smd-шный 0805 Y5V , а в окончательном варианте был установлен плёночный «зелёный» китайский безымянный (виден на рис.10) — разницы в преобразовании замечено не было.

Конденсаторы С4 и С10 — неполярный, взяты из какой-то компьютерной акустики. Можно использовать и обычные полярные электролитические конденсаторы и тогда минусовой вывод С4 подключается к выводу 1 ОР1.1, а минусовой вывод С10 к выводу 6 ОР1.2.

Преобразователь, собранный с указанными номиналами элементов, в настройке не нуждается, но при внесении изменений или изменении условий, потребуется настройка. Например, если ёмкость конденсатора С3 взять 0,047 мкФ, то диапазон преобразуемых частот увеличится примерно вдвое. Также, если увеличить сопротивление R8 в два раза, то примерно настолько же увеличится и выходное постоянное напряжение. Питания операционных усилителей в этом случае следует брать +/- 12 В.

Андрей Гольцов, г. Искитим

Преобразователи напряжение-частота

Преобразователи напряжение—частота ПНЧ (Voltage-to-Frequency Converters VFC) являются наиболее дешевым средством преобразования сигналов для многоканальных систем ввода аналоговой информации в ЭВМ, обеспечивающим высокую помехозащищенность и простоту гальванической развязки. ПНЧ — отличное решение для задач измерения усредненных параметров, расхода, а также задач генерирования и модуляции частоты.

ПНЧ относятся к классу интегрирующих преобразователей, поэтому обладают соответствующими достоинствами: хорошей точностью при минимальном числе необходимых прецизионных компонентов, низкой стоимостью, высокой помехоустойчивостью, малой чувствительностью к изменениям питающего напряжения, отсутствием дифференциальной нелинейности.

ПНЧ преобразует входное напряжение в частоту выходных импульсов, которые могут передаваться на большие расстояния без искажения информационного параметра — частоты. Второй этап аналого-цифрового преобразования: «частота—код» осуществляется путем подсчета импульсов за фиксированный интервал времени, то есть усреднением. Если этот интервал сделать кратным периоду основной помехи (20 мс), то помеха подавляется полностью. Это свойство особенно полезно для измерения зашумленных низкоуровневых сигналов, например э.д.с. термопары.

В интегральных микросхемах ПНЧ используется метод интегрирования входного сигнала с импульсной компенсацией заряда интегрирующего конденсатора. Для получения высокой точности и стабильности преобразования необходимо обеспечить постоянство вольт-секундной площади импульса обратной связи. Лучшей точностью и стабильностью обладают синхронизируемые ПНЧ, в которых длительность импульса обратной связи стабилизирует кварцевый резонатор.

Несинхронизируемые ПНЧ

Отечественная промышленность выпускает несинхронизируемый ПНЧ типа КР1108ПП1 и аналогичный КР1143ПП1. Их зарубежные аналоги, совместимые по выводам — ADVFC32 фирмы Analog Devices, VFC32 и VFC320 фирмы Burr-Brown. Упрощенная функциональная схема такого ПНЧ показана на рис. 1. ПНЧ включает в себя усилитель А1, компаратор А2, одновибратор, источник стабильного тока I, аналоговый ключ S и выходной транзистор. Для построения ПНЧ микросхему следует дополнить двумя конденсаторами С1, С2 и двумя резисторами R1, R2. Элементы R1, С1, А1 образуют интегратор. Конденсатор С2 задает длительность импульса одновибратора t = kC2, где k определяется характеристиками микросхемы (в VFC32 I = 1 мА, k = 75 кОм). Импульсы тока I уравновешивают ток, вызываемый входным напряжением VIN

Рис. 1. Типовая схема включения и диаграммы сигналов ПНЧ VFC32

Из (1) следует, что стабильность характеристики преобразования ПНЧ зависит от стабильности внешних элементов R1, C2 и внутренних параметров k, I микросхемы. Кроме того, для обеспечения высокой линейности преобразования конденсатор С1 необходимо выбирать с малой утечкой и малым коэффициентом диэлектрической абсорбции (полипропиленовый, полистирольный, поликарбонатный).

Диапазон входных токов задается равным 0,25I, а резистор R1 устанавливает входной диапазон напряжения от 0 до VINmax = 0,25IR1.

ПНЧ содержит выходной каскад с открытым коллектором. Напряжение питания этого каскада выбирается из условия согласования с последующими цифровыми цепями. Допустимый ток его достаточен для управления светодиодом оптрона или обмоткой импульсного трансформатора в схемах гальванической изоляции аналоговых входов.

С помощью рассматриваемого ПНЧ можно преобразовывать отрицательные напряжения, но для этого нужно изменить подключение входного сигнала. Иными словами, прямое преобразование биполярных сигналов не предусмотрено.

При расширении диапазона изменения выходной частоты все заметнее проявляется конечное время переключения аналоговых ключей, что выражается в интегральной нелинейности преобразования. Ее минимальная погрешность (0,01 %) достигается в узком диапазоне частот 0–10 кГц. В расширенном диапазоне выходных частот (0–500 кГц) погрешность нелинейности увеличивается до 0,2 %.

Еще один популярный ПНЧ — AD654 фирмы Analog Devices (рис. 2) — имеет следующие отличительные особенности: питание от одного источника напряжения 5 В, ток потребления 2 мА, высокое входное сопротивление (250 МОм), малые смещение (1 мВ) и дрейф нуля (4 мкВ/°С), небольшие начальное отклонение (±10 %) и температурный дрейф коэффициента преобразования (50*10 -6 /°С). Микросхема требует всего два внешних элемента RT и CT для задания характеристики преобразования:

Рис. 2. Схема включения AD654 с изолированным выходом

Максимальная частота может быть установлена до 500 кГц при динамическом диапазоне 80 дБ (диапазон входного тока — от 100 нА до 1 мА). С помощью RT диапазон входных напряжений можно устанавливать от 10 мкВ – 100 мВ до 3 мВ – 30 В.

Входной усилитель позволяет работать напрямую с малыми сигналами термопары или тензодатчика. Выходной каскад AD654 согласуется с КМОП- и ТТЛ-схемами, управляет светодиодом оптрона, работает на длинный кабель.

Синхронизируемые ПНЧ

Точность ПНЧ определяется точностью вольт-секундной площади импульса обратной связи, поэтому вместо одновибратора в синхронизируемых ПНЧ длительность импульса обратной связи формируется равной периоду опорной частоты тактового генератора с кварцевой стабилизацией.

Читайте также  Как снять статическое напряжение с пластика?

Рассмотрим микросхемы AD7741 / AD7742 (рис. 3, 4), заявленные фирмой Analog Devices как новое поколение синхронизируемых ПНЧ.

Рис. 3. Типовая схема включения AD7741

Рис. 4. Схема включения AD7742

AD7741 — это одноканальная версия в 8-выводном корпусе (DIP/SOIC), а AD7742 — многоканальная в 16-выводном (DIP/SOIC). Микросхема AD7741 имеет один буферизированный вход и работает с однополярным входным напряжением в диапазоне 0–VREF. AD7742 имеет четыре буферизированных входа, которые могут быть использованы как два дифференциальных или три псевдодифференциальных для работы с дифференциальным входным сигналом в диапазоне ±VREF/GAIN.

AD7742 имеет вход GAIN установки коэффициента усиления 1 или 2 и вход UNI/BIP задания униполярного/биполярного преобразования. Обе микросхемы содержат встроенный источник опорного напряжения VREF = +2,5 В, но предоставляют пользователю возможность подключать внешний источник. Обе питаются напряжением +5 В, потребляя ток 6 мА. Микросхемы также содержат блок логики понижения энергопотребления, который позволяет снизить потребление тока до 35 мкА в «спящем» режиме.

Входной сигнал через усилитель подается на емкостной модулятор, который преобразует входное напряжение в выходную последовательность импульсов фиксированной длительности. Выходной импульс генерируется по фронту сигнала тактового генератора (рис. 5). Длительность выходного импульса равна длительности тактового, а задержка между фронтом последнего и фронтом импульса на выходе обычно составляет 9 нс.

Рис. 5. Многоканальное аналого-цифровое преобразование с использованием синхронизируемых ПНЧ

Характерной особенностью AD7741/AD7742 является смещенный диапазон выходной частоты: нижней границе входного диапазона соответствует выходная частота 0,05FCLKIN, а верхней — 0,45FCLKIN (рис. 6). Таким образом, диапазон выходной частоты составляет 0,4FCLKIN. Максимально допустимая частота тактового генератора — 6 МГц.

Рис. 6. Характеристика преобразования: а) AD7741, б) AD7742 в биполярном режиме

Выход обеспечивает КМОП-уровни и позволяет подключать одну ТТЛ-нагрузку. Для управления светодиодом оптопары требуется усилитель или специальная схема с входным током менее 1,6 мА.

Удобно использовать ПНЧ совместно с микроконтроллерами, имеющими встроенные таймеры/счетчики. В восьмиканальном модуле ввода аналоговых сигналов AIN8 комплекса Decont производства АОЗТ «ДЭП» [2] применен PIC-процессор. На встроенный счетчик сигналы с выходов ПНЧ подаются по очереди через мультиплексор.

Одновременное многоканальное преобразование требует большого числа счетчиков. Реализовать массив счетчиков со схемой управления и выходом в магистраль микропроцессора можно в программируемой логической интегральной схеме, как это сделано в модуле аналоговых сигналов A16 производства АО «ТЕКОН» (Москва).

Большинство микросхем ПНЧ могут быть использованы для обратного преобразования «частота—напряжение» (ПЧН). Рисунок 7 иллюстрирует включение VFC32 для работы в режиме интегрирующего ЦАП, выходное напряжение которого пропорционально среднему значению частоты входного сигнала. ПЧН полезны в схемах гальванической развязки аналоговых сигналов, в тахометрах, в электроприводе, в телеметрии.

Рис. 7. Схема включения VFC32 в режиме ПЧН

Для электронных счетчиков электроэнергии созданы преобразователи произведения двух напряжений в частоту следования импульсов [3], например AD7750.

Микросхемы ПНЧ ведущих фирм производителей электронных компонентов для аналого-цифрового преобразования:

  • Analog Devices (AD537, AD650, AD652, AD654, ADVFC32, AD7741, AD7742, AD7750);
  • Burr-Brown (VFC32, VFC320, VFC100, VFC101, VFC110, VFC121);
  • National Semiconductor (LM231, LM331);
  • TelCom (TC9400, TC9401, TC9402);
  • ПО «Альфа», г. Рига (КР1108ПП1).

При выборе ПНЧ следует учитывать:

  • количество внешних компонентов, требования к их качеству, цену;
  • точность ПНЧ (характеризуется интегральной нелинейностью, смещением и дрейфом нуля, смещением и дрейфом коэффициента преобразования);
  • диапазон выходной частоты (Df = fmax – fmin) для получения требуемой разрешающей способности за время измерения;
  • входное сопротивление или входной ток для согласования с датчиками;
  • энергопотребление (количество и уровни напряжений питания, ток потребления);
  • возможность прямого подключения оптрона к выходу ПНЧ.

Параметрический поиск по компонентам

  • 21.02.2018 10:40Приемопередатчики интерфейса CAN с единым напряжением питания 3.3 В и защитой от перегрузок на шине до ±36 В
    Устройства также отличаются высокой пропускной способностью, функцией регулировки скорости нарастания выходного сигнала и малопотребляющим режимом ожидания
    Производитель: Exar Группа компонентов: CAN

  • 21.02.2018 10:22Миниатюрный модуль зарядного устройства малой мощности для работы в системах накопления энергии из окружающей среды
    Устройство, выполненное в виде готового решения с минимальным числом внешних компонентов, отличается низкой стоимостью, высокой эффективностью и чрезвычайно компактными размерами
    Производитель: Silvertel Группа компонентов: PoE-модули питания

  • 21.02.2018 10:08Низковольтный модуль драйвера светодиодов Ag201 с программируемой величиной выходного тока
    Благодаря возможности пользовательской установки максимального тока нагрузки, драйвер способен управлять различными типами светодиодов
    Производитель: Silvertel Группа компонентов: Контроллеры Дисплеев

  • 21.02.2018 09:53Коммутаторы Ethernet BCM56980 серий StrataXGS® Tomahawk® 3 с пропускной способностью 12.8 Tбит/с
    Семейство StrataXGS Tomahawk 3 с поддержкой до 32 портов стандарта 400GbE может использоваться для построения высокомасштабируемых распределительных, объединительных и масштабирующих коммутаторов
    Производитель: Broadcom Limited Группа компонентов: Ethernet

  • 21.02.2018 09:44Компактный DC/DC преобразователь в исполнении µModule® с током нагрузки 20 А в 1-канальной и 10 А на канал в 2-канальной конфигурации,
    ИС предназначена для каскадов питания ПЛИС, графических процессоров, специализированных микросхем и системного энергообеспечения
    Производитель: Analog Devices Группа компонентов: Понижающие преобразователи напряжения

  • 28.11.2017 06:05Скидки от 50% на ПО для проектирования печатных плат от Mentor Graphics
    ЗАО «Нанософт», официальный дистрибьютор компании Mentor Graphics, объявляет о старте специального предложения на приобретение программных решений для разработки электроники – PADS
    Производитель: Группа компонентов:
  • 24.09.2016 08:15Компания АВИТОН — официальный представитель Regatron (Швейцария)
    Компания Regatron осуществляет разработку и производство источников питания
    Производитель: Группа компонентов: Источники питания
  • 15.09.2016 08:42Arrow Electronics проводит в жизнь технологии краудфандинга с Indiegogo
    Их деятельность направлена на оптимизацию цепочки краудфандинг — продукт и должна ускорить темпы внедрения инноваций для технологии интернета вещей (IoT)
    Производитель: Arrow Electronics Russia Группа компонентов:
  • 08.08.2016 08:41«Новости Электроники + Светотехника» №01/2016: LED-освещение для промышленных объектов

    Производитель: Группа компонентов:

  • 22.07.2016 08:31Прошивка Serial Extender упрощает работу с модулями MBee
    Два радиомодуля MBee-868 с прошивкой Serial Extender позволяют заменить проводное последовательное соединение между двумя любыми устройствами с интерфейсом UART
    Производитель: Группа компонентов: Модули

  • 29.07.2015 10:24Компания Altera присоединилась с проекту OPNFV с целью привнести преимущества ПЛИС FPGA в технологию виртуализации сетевых функций
    Решения на базе ПЛИС FPGA и Систем-на-Кристалле уже ускоряют работу серверов дата-центров в области предоставления поисковых сервисов и свёрточных нейронных сетей
    Производитель: Altera Группа компонентов: FPGA
  • 29.07.2015 10:14Пример разработки хранилища данных на базе ПЛИС FPGA удваивает срок службы NAND FLASH памяти
    Архитектура ПЛИС FPGA со встроенным процессорным ядром предлагает инновационный метод создания устройств хранения данных для облачных приложений и высокопроизводительных вычислительных систем
    Производитель: Altera Группа компонентов: SoC FPGA
  • 08.07.2015 13:41Компания Pentair предлагает новые трехмерные чертежи и услуги для конструкторов на портале Traceparts
    Чертежи Schroff на портале Traceparts
    Производитель: Schroff Группа компонентов:
  • 13.04.2015 14:37Cypress Semiconductor: CySmart™ — приложения для устройств Bluetooth® с низким энергопотрбелением (BLE)

    Производитель: Cypress Группа компонентов: Bluetooth

  • 28.01.2015 09:43Audi выбрала Системы-на-Кристалле компании Altera для применения в автомобилях с функцией «Автопилот»
    Altera и TTTech Deliver Industry, лидер в области разработки продвинутых систем помощи водителю (ADAS), приступили к разработке систем управления автопилотируемых автомобилей для компании Audi
    Производитель: Altera Группа компонентов: Программируемая Логика