Transcript
Page 1: Convertor Frecventa - Tensiune

FACULTATEA DE TRANSPORTURI, TELECOMENZI SI ELECTRONICA IN TRANSPORTURI

PROIECTCIA

Convertor frecventa - tensiune

Profesor indrumator: STAN VALENTIN

Student : MANEA IONUT-MIHAI

Grupa: 8313

Page 2: Convertor Frecventa - Tensiune

Cuprins

Tema proiectului

Descriere si moduri de utilizare

Consideratii teoretice

Schema electrica

Schema bloc

Descriere componente

Lista de componente si calcul economic

Cablaj

Simulare

Bibliografie

2

Page 3: Convertor Frecventa - Tensiune

Tema proiectului Sa se proiecteze un convertor frecventa-tensiune care sa primeasca un

semnal dreptunghiular de intrare cu nivelele 0 - 5V si factor de umplere 50%. Frecventa acestuia trebuie sa fie intre 500Hz si 12 kHz si corespunzator acestui interval de frecventa la iesire va aparea un interval de tensiune -5V - +5V.

Descriere si moduri de utilizareElementele de automatizare, ca de altfel şi multe alte elemente

cunoscute în tehnică, cuprind în structura lor unul sau mai multe subelemente de „convertire“, adică de transformare a unei mărimi în altă mărime, dependentă de aceasta.

În automatică, noţiunea de convertor este atribuită unor subelemente realizate fie sub o formă independentă, fie incluse în structura unor elemente complexe (traductoare, regulatoare etc.) şi care au, de exemplu, rolul de a transforma un semnal unificat electric într-un semnal unificat pneumatic (convertor electropneumatic), sau o mărime analogică într-una numerică (convertor analog-numeric) etc.

În scopul măsurării mărimilor fizice ce intervin într-un process tehnologic, este necesară de obicei convertirea (,,traducerea“) acestora în mărini de altă natură fizică care pot fi introduse cu uşurinţă într-un circuit de automatizări (de exemplu, o temperatură poate să influenţeze un circuit de

3

Page 4: Convertor Frecventa - Tensiune

automatizări numai dacă este convertită (tradusă) într-o tensiune electrică proporţională sau dependentă de temperatura respectivă).

Convertoare de frecvenţă-tensiune (FVC), sunt utilizate în instrumente de măsurare digitale, sisteme de date şi măsurare, etc, trebuie să fie fiabile, rapide, simple fiabile si simplu de ajustat.

Consideratii teoreticeFronturile semnalului de la intrarea in circuit sunt transformate in

impulsuri a caror forma este prezentata in figura simularii. Latimea acestora poate fi ajustata prin valoarea constantei de timp a circuitului derivator τ = R * C .

Circuitul de derivare este un circuit trece sus care atunci cand este atacat de un semnal dreptunghiular produce impulsuri ascutite (spike-uri) de inalta frecventa. Figura 1 prezinta un derivator R-C. Condensatorul C per-mite trecerea componentelor de frecventa inalta prin el. Apoi condensatorul incepe sa se incarce pana la 5 V.

Figura 1

In cazul in care constanta de timp (produsul dintre R si Q este mica in comparatie cu durata palierului, condensatorul se va incarca mult mai repede decat se va produce sosirea urmatorului front. Cand condensatorul este complet incarcat, tensiunea pe rezistenta, adica tensiunea de iesire, este zero. Frontul cazator reprezinta o cadere de 5 V care fiind de frecventa mare, va trece prin condensator aducand tensiunea de iesire la -5 V. Condensatorul incepe apoi sa se incarce la -5 V si datorita constantei mici de timp, el va fi

4

5 V

Page 5: Convertor Frecventa - Tensiune

complet incarcat, cu iesirea ajungand la zero, mult inaintea sosirii urmatorului front de frecventa inalta si asa mai departe.

Integratorul este un filtru trece jos. Figura 2 arata un integrator R-C. Constanta de timp este τ = R * C. La primul front crescator de la intrare condensatorul incepe sa se incarce la +5 V. In cazul in care constanta de timp a circuitului este mare in comparatie cu perioada semnalului de intrare, frontul cazator soseste cu mult inaintea incarcarii complete a condensatorului . Frontul cazator va incerca sa incarce condensatorul in sens negativ. Din nou, datorita constantei mari de timp, frontul crescator va sosi inaintea incarcarii complete a condensatorului si asa mai departe. Forma de unda de la iesire va fi prin urmare triunghiulara, având o amplitudine mică în comparaţie cu intrarea, sau in cazul constantelor mari de timp semnalul de la iesire poate fi considerat o tensiune continua.

Figura 2

Efectul unei constante de timp mici este prezentat in Figura 2. De remarcat ca atat pentru derivator cat si pentru integrator, constanta de timp trebuie comparata cu perioada semnalului de intrare. O constanta de timp de 100 µs, de exemplu, este lunga dacă o comparam cu un semnal, sa zicem de 5 µs (frecventa de intrare de 200 kHz), dar este scurta daca o raportam la un semnal de intrare cu perioada de 5 ms (frecventa de intrare de 200 Hz).

Circuitele monostabile sunt circuite basculante cu o singura stare stabila si cu o stare cvasistabila. Trecerea in starea cvasistabila se realizeaza sub actiunea unei comenzi exterioare, iar revenirea se face dupa un anumit timp. Durata starii cvasistationare este data de circuitul extern de temporizare format dintr-un grup RC. Stabilitatea acestei durate este una din cerintele principale impuse unui monostabil.

5

Page 6: Convertor Frecventa - Tensiune

Schema electrica

Schema bloc

Descriere componenteC1 este un condensator pentru separare in curent continuu.

R1 este rezistenta de intrare a convertorului frecventa-tensiune.Este o rezistenta de pull-down .Rolul acesteia fiind sa tina intrarea in convertor la pragul de 0V , pentru ca intrarea in poarta CMOS sa nu intre in HZ Poarta CMOS are impedanta mare de intrare , o limitam la 100 kΩ.

Convertor tensiune-frecventa

LM358 Sarcina

6

Sursa de tensiune A

Page 7: Convertor Frecventa - Tensiune

U1 :A este o poarta SI-NU Trigger Schmidt. Are rol de formator de impulsuri care scoate la iesire numai semnal dreptunghiular indiferent de forma semnalului de intrare.

C2 este un condensator cu rol de filtru pe tensiunea de alimentare

U3 :A este un monostabil cu intrarea pe front negativ (se putea si pe front pozitiv). El genereaza un impuls cu latime data de constanta RC. RC se calculeaza pentru a avea o constanta de timp mult mai mica decat frecventa de masurat.

C3 si RV1 determina temporizarea monostabilului (latimea impulsului).

R2 si C4 au rol de integrare a impulsurilor de la iesirea Q a monostabilului.

U2a este un repetor separator pentru asigurarea liniaritatii convertorului avand impedanta mare de intrare.

U2 :B este un amplificator operational cu rol de deplasare de nivel si amplificare.

R3 este rezistenta de intrare in U2 :B.

RV3 este un semireglabil care determina amplificarea lui U2 :B.

R4, R5 si RV2 determina nivelul de iesire in lipsa semnalului, deplasare de nivel.

Derivatorul (C1 si R1) are rolul de aplicare impulsuri scurte pe intrarea monostabilului.

Monostabilul (U3:A) scoate un semnal de perioada fixa indiferent de frecventa de intrare si doar modifica factorul de umplere in functie de frecventa de intrare.

Integratorul (R2 si C4) integreaza semnalul furnizat de monostabil rezultand o tensiune continuu variabila cu frecventa de intrare.

7

Page 8: Convertor Frecventa - Tensiune

AO U2 :A este un repetor cu rolul de a nu influenta incarcarea si descarcarea condensatorului C4.

AO U2 :B modifica tensiunea la iesire intre pragurile stabilite.

Lista componentec1 = 1nF / 16V nepolarizat

c2 = 100uF / 16V electrolitic

c3 = 22nF / 16V nepolarizat

c4 = 1uF / 16V electrolitic

r1 = 100k / 0,25W

r2 = 10k / 0,25W

r3 = 20k / 0,25W

r4 = 15k / 0,25W

r5 = 15k / 0,25W

rv1 = 100k / 0,25W liniar

rv2 = 2k / 0,25W liniar

rv3 = 200k / 0,25W liniar

u1a = 1/4 MMC4093

u2 = LM358

u3a = 1/2 MMC4098

Cost componente – 35 RON

8

Page 9: Convertor Frecventa - Tensiune

Cablaj

Amplasare componente :

Vedere BOTTOM :

9

Page 10: Convertor Frecventa - Tensiune

Vedere 3D :

Simulare

Semnalul de la iesirea integratorului are aceeasi evolutie in timp ca si semnalul de la iesirea intregului circuit daca frecventa de la intrare nu se modifica.

10

- semnalul de intrare (J1)

- semnalul de iesire din derivator (U1A)

- semnalul de iesire din monostabil (U3A)

- semnalul de iesire din integrator

Page 11: Convertor Frecventa - Tensiune

Variatia frecventei de intrare in raport cu tensiunea de iesire :

Bibliografie1. www.alldatasheet.com

2. www.st.com

11

1kHz 2kHz 3kHz 4kHz 5kHz 6kHz 7kHz 8kHz 9kHz 10kHz 11kHz 12kHz

- 5V

0V

+ 5V

0V

5V

500Hz


Recommended