jueves, 16 de septiembre de 2010

Convertidores de frecuencia a voltaje

Los convertidores de frecuencia a voltaje son circuitos integrados que convierten un voltaje de entrada análogo en un tren de pulsos cuya frecuencia de salida es proporcional al nivel de entrada. Se utilizan en aplicaciones de conversión análogo a digital donde la velocidad no es un factor crítico, también operan como convertidores de frecuencia a voltaje y pueden ser utilizados como convertidores de señales digitales a análogas de baja frecuencia. Dentro de los convertidores de señales de voltaje a frecuencia o de frecuencia a voltaje se encuentran: 
  • LM2907 de National semiconductor
  • AD650 de Analog Devices
  • VFC32 de Burn Brown
  • XR4151 de Exar 


A continuación se muestra una aplicación típica del LM 2907 como convertidor de frecuencia a voltaje:
En este enlace se encuentra la nota de aplicacion AN162 para los cálculos de los valores de R1,R2,C1 y C2.



CONVERTIDOR DE FRECUENCIA A VOLTAJE LM2907 / LM2917

Descripción General

La serie LM2907, LM2917 comprende convertidores de frecuencia a voltaje monolíticos con un Amplificador Operacional / Comparador de alta ganancia diseñado para operar un relé, lámpara u otra carga cuando la frecuencia de entrada alcanza o excede un intervalo. El tacómetro usa una técnica de bomba de carga y ofrece conversión de frecuencia con un bajo rizado, protección de entrada total en dos versiones (LM2907-8, LM2917-8) y  salida balanceada a tierra para una frecuencia de entrada cero.

  • Salida balanceda para una frecuencia de entrada cero
  • Fácil de usar: VOUT = fIN x VCC x R1 x C1
  • Una red RC proporciona la conversión de frecuencia
  • Zener regulador en el chip permite exactitud y estabilidad en la frecuencia para la conversión de voltaje a corriente (LM2917)

COMO USARLO

Convertidor De Frecuencia A Voltaje Básico.

La operación de la serie LM2907, LM2917 se comprende mejor si se observa el convertidor básico mostrado en la figura 1.
En esta configuración, una señal de frecuencia se aplica a la entrada de la bomba de carga en el pin 1.
El voltaje que aparece en el pin 2 oscilará entre los dos valores los cuales son aproximadamente ¼ (VCC) –VBE y ¾ (VCC) –VBE.
El voltaje en el pin 3 tendrá un valor igual a fIN x VCC x R1 x C1 * K, donde K es la constante de ganancia (normalmente 1.0).
La salida del emisor (pin 4) está conectada a la entrada inversora del amplificador operacional de tal modo que el pin 4 seguirá el pin 3 y proporcionará una salida de voltaje proporcional a la frecuencia de entrada. La linealidad de este voltaje es típicamente menor que el 0.3% de la escala total.

Elección de R1, C1 y C2

Existen algunas limitaciones en la elección de R1, C1 y C2 (figura 3) las cuales deberían de considerarse para una realización óptima. C1 también proporciona una compensación interna para la bomba de carga y deberá de ser elegido mayor de 100pF. Valores más pequeños pueden causar una corriente errónea en R1, especialmente a temperaturas bajas. Se deben seguir tres consideraciones para elegir R1.
Primero, la salida de corriente en el pin 3 se fija internamente y por tanto V3max, dividido por R1, debe de ser menor o igual a este valor, por tanto:

Donde:

V3max es la salida del voltaje de salida de máxima escala requerido.
I3max está determinada de la hoja de datos (150mA)
Segundo, si R1 es muy grande, ésta puede llegar a ser una fracción significativa de la impedancia de salida en el terminal 3 la cual degrada la linealidad.

Finalmente, el voltaje de rizo debe de ser considerado, y el tamaño de C2 se ve afectado por R1. Una expresión que describe el contenido de este rizado en el terminal 3 para una sencilla combinación de R1 y C2 es:
  
 C1 se selecciona de acuerdo con:


Finalmente para determinar C2  con el rizado máximo que puede aceptarse:

Ejemplo de diseño:

Se requiere un voltaje máximo de salida de 10 Volt, Vcc= 12 Volt, Fin máx= 1 KHz, Fmín = 10Hz, Vrizado = 0,05 Volt.

Cálculo de R1:

R1>V3max/I3min    donde I3min= 0,00015 A  (Del dataste)  y V3max = 10 V
R1>10/0,00015 A    R1 > 66,66 K  ( Se selecciona R1 = 100 K, valor comercial)

Cálculo de C1:

C1 = V3 max/(R1*Vcc*fmax)     C1 = 10/(100K*12*1K)  =  8,3 nF

Cálculo de I2:

I2= fin*C1*Vcc     I2= 1KHz*8,3nF*12V   =  0,0996 mA

Cálculo de C2:

C2=(Vcc/2)*(C1/Vripple)*(1-Vcc*fin*C1/R1)

C2 = (12/2)*(8,3nF/0,05V)*(1-12*10Hz/100Kohm)  =0,0000001 F





4 comentarios:

  1. Hola, me llamo Fernando.

    Quiero hacer un Shift Light para mi moto con un LM2907. Estoy viendo la hoja de datos del CI y hay un ejemplo claro que me gustaría implementar (Flashing LED Indicates Overspeed - ver imagen adjunta). Por lo que entiendo al ver el diagrama, al superar la frecuencia de entrada de 100 Hz. el LED comienza a parpadear y si la frecuencia continúa aumentando, el parpadeo se vuelve mas rápido aún. Justamente esto es lo que yo quisiera lograr y además que el Led quede encendido fijo al alcanzar cierta frecuencia de entrada, por ejemplo, que comience a titilar a las 12.000 RPMs y quede fijo a las 14.500 RPMs que es dónde comienza la zona roja del tacómetro.

    Entiendo que primeramente debiera saber que frecuencia entrega el CDI de la moto entre las 12.000 y 14.500 RPMs, pero como no tengo un osciloscopio, quisiera hacer algunas pruebas en la práctica.

    Este circuito trae un preset de 30k que une el emisor de un transistor NPN a masa (supongo que un BC548 iría bien) Lo que quisiera saber, es si con este preset regulo el umbral en el que el LED comienza a titilar o si debo modificar el circuito de alguna otra manera para poder controlar esto.

    http://dl.dropbox.com/u/2247024/Flashing_LED.jpg


    Gracias por su ayuda de antemano.

    ResponderEliminar
  2. alguien me puede ayudar? implemente el circuito que ustedes tienen u no obtengo salida , solo tengo 10v en la salida y no tiene ningún cambio , en la entrada le coloque un generador de funciones con una onda sinusoidal y también probé con un motor de 12c y un pequeño imán y un sensor de puerta

    ResponderEliminar
  3. Tienen un error, 150mA no es igual a tener 0.00015 A

    ResponderEliminar
  4. hola m pueden pasar el circuito con el LM 2907??? XFA???? :)

    ResponderEliminar