Spanning-frequentieomzetter

De spanning-naar-frequentie-omvormers zijn elektronische schakelingen die voorzien in de uitgang van een blokgolf signaal met een frequentie evenredig is met de waarde van de spanning die in ingang; het frequentiebereik loopt gewoonlijk van enkele Hz tot 10 kHz en voor bepaalde apparaten, van 0,1 Hz tot 100 Hz.

Technieken

De spanning-frequentieomvormers worden veel gebruikt op het gebied van de analoog-digitaal omzetting en de verwerving en overdracht van analoge signalen.

Analoog naar digitaal conversie

Een analoog signaal afkomstig uit de uitgang van de omzetter wordt versterkt en omgezet in een reeks pulsen uit de converter VFC in de nabijheid van de transducer. De pulsen worden verzonden over een gemeenschappelijke twisted pair een n-bit digitale teller nodig om tellen voor een vooraf bepaalde tijdsperiode T. Aan het einde van elke telling worden de digitale waarden evenredig met het signaal van de omzetter te stellen.
Deze techniek van analoog-digitaal omzetting blijkt nogal traag vanwege de hoge waarde van het interval telling T nodig om een ​​goede resolutie in de conversie te verkrijgen. Zowel het feit dat de omzetting in de VFC wordt gerealiseerd in geïntegreerde schakelingen is dat het analoge signaal wordt hoofdzakelijk omgezet in een digitaal signaal in frequentie gemoduleerd, het systeem vrij ongevoelig voor ruis.

Overdracht van het analoge signaal

Een analoog signaal uit een transducer en bereid met een geschikte versterker wordt omgezet in een reeks van pulsen van een VFC apparaat. Op dit moment het signaal, waarbij een digitaal signaal frequentie-gemoduleerd is zeer resistent tegen degradatie door elektrische ruis afkomstig van buiten het systeem. Dit signaal is goed geschikt over een enkel gedraaid paar voor afstanden tot 30 meter of zelfs honderden meters te verzenden als het goed gebeurt op de lijn. Zodra het signaal bereikt zijn bestemming weer omgezet door een frequentie-spanningsomzetter waarbij een spanning evenredig met de frequentie van de binnenkomende impulsen afgeeft. Op deze wijze reconstrueert het analoge signaalbron van de transducer.

Werkingsprincipe

De meeste van de spanning-frequentie-omvormers op basis van de techniek van het balanceren van de lading.

Verwijzend naar figuur 2.1, veronderstellen dat de schakelaar S in de stand A en dat het ingangssignaal Vi is constant en positief. De condensator C wordt doorkruist door een stroom IC = Ii = Vi / R en de uitgangsspanning van de integrator als een trend van een rechte lijn wordt weergegeven met de verhouding

Wanneer de spanning VC neemt waarden onder de referentiespanning -VREF de vergelijker schakelaars, stijgt het hoge en activeert de monostabiele multivibrator. De positieve puls gegenereerd door de monostabiele, waarvan de duur afhangt TB CB, verzadigt de transistor T door het sturen van de uitgangsspanning V0 op laag niveau. Dezelfde impuls beweegt de schakelaar S in de stand B.

Tijdens de pauze TB de condensator C wordt doorkruist door een stroom IC = Ii - I0. Aangezien de stroomgenerator wordt gemaakt teneinde een stroom groter dan die welke produceren input in het systeem, is de huidige IC omgekeerd. De condensator C is belast met een constante stroom IC = Vi / R - I0 en de spanning VC begint te verhogen door over te schakelen van de vergelijker. De monostabiele multivibrator blijft in de quasi-stabiele toestand voor een vaste interval TB, waarbij de condensator blijft ontladen en de spanning VC stijgen. Aan het einde van het tijdsinterval, de monostabiele terugkeert naar de stabiele toestand met de uitvoer op laag niveau. De transistor T op dit punt gedraagt ​​als een open schakelaar en brengt de spanning V0 op een hoog niveau, terwijl de schakelaar S is gepositioneerd in A.

Balanceren van de lading en de relatie tussen de frequentie en de spanning

De hoeveelheid lading ΔQA opgeslagen door de condensator tijdens het laden en dat ΔQB afgetrokken tijdens het lossen zijn respectievelijk:

Een schema weer spanning V0 excursies identiek aangezien de geaccumuleerde lading door C gedurende het tijdinterval TA wordt teruggegeven gedurende het interval TB. Dus ook de hoeveelheid lading ΔQA en -ΔQB gelijk zijn dan wordt gehad dat

en derhalve de frequentie van het uitgangssignaal is:

Zoals bij de frequentie van het uitgangssignaal is evenredig met de ingangsspanning Vi. De overige parameters die de frequentie beïnvloeden zijn: de huidige I0 die echter deel van elke converter, de weerstand R en de condensator CB die meestal externe componenten. De capaciteit van de condensator C, dat het ook een externe component, laat de frequentie, maar alleen de amplitude van de uitwijkingen van de spanning V0.

Frequentie-spanningsomzetter

De meeste van de spanning-frequentie-omzetters andersom werken via een geschikte externe schakeling.

Zoals geïllustreerd in figuur 3.1 de ingang van de comparator, in plaats van met de uitgang van de integrator, ontvangt het ingangssignaal Vi variabele frequentie fi. De integrator uitgang wordt nu gebruikt als uitgang van de inrichting waaruit komt een spanning V0 evenredig met de frequentie fi van het ingangssignaal.

Werkingsprincipe

Elke keer dat het signaal Vi lager -VREF van de vergelijker gaat hoog activeren van de monostabiel. De positieve puls van de monostabiele beweegt de schakelaar S van positie A naar positie B en behoudt deze de gehele tijdsduur TB gelijk is aan de duur van de puls zelf. Tijdens dit interval de condensator C van de integrator neiging te laden door de huidige I0. Aan het einde van de puls de schakelaar wordt gebracht naar positie A en de condensator begint te ontladen over de weerstand R. Een schema van de gemiddelde waarde van de stroom die de koeler binnenkomt gelijk aan de gemiddelde waarde van de ontlaadstroom door middel R dat evenredig is met de gemiddelde waarde V0 van de spanning op de condensator.

Concluderend, verandert de frequentie van het ingangssignaal varieert evenredig met de gemiddelde waarde van de ingangsstroom aan C en de gemiddelde waarde van de uitgangsspanning.

Opgemerkt zij dat hoeven u onder de waarde -VREF en blijven daar gedurende een tijd van minder dan de duur van het interval TB, het ingangssignaal worden gekwadrateerd door een Schmitt-trigger en toegevoerd aan de omzetter via een schakelcircuit. Als het ingangssignaal blijft onder -VREF gedurende een tijd groter dan TB, het uitgangssignaal van de comparator, waarbij de hoge toestand, zou leiden tot een foutieve opnames van de monostabiele.

(0)
(0)
Commentaren - 0
Geen reacties

Voeg een Commentaar

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Tekens over: 3000
captcha