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CONVERTIDOR DE FRECUENCIA A TENSION

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jairo becerra

on 28 February 2017

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Transcript of CONVERTIDOR DE FRECUENCIA A TENSION

Thank You!
algunas aplicaciones de convertidores de frecuencia a voltaje son:
Control de velocidad de motores.
Medición de flujo.
Demodulación de FM.
Transmisión de datos.
Aislamiento de sistemas.
Enlaces ópticos.
Interface con transductores con sistemas digitales.
Aislamiento de señales análogas.
Multiplicación análoga.
Aplicaciones
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 opera como convertidores de frecuencia a voltaje y pueden ser utilizados como convertidores de señales digitales a análogas de baja frecuencia.
Convertidores
CONVERTIDOR DE FRECUENCIA A TENSION
CONSTRUCCION DE UN CONVERSOR DE FRECUENCIA A VOLTAJE.
Existen dos formas de construir un conversor frecuencia-voltaje una es apartir de un VCO, al que se le ajustan lo màs posible las especificaciones de diseño, la otra forma es apartir de configuraciones circuitales de balanceo de carga, nos enfocaremos en dos circuitos integrados que se basan el el pricipio de balanceo de cargas.
EL CONVERSOR LM331.
el integrado LM331 es un integrado de gran versatilidad que puede operar con fuente simple y con errores aceptables en el rango de 1HZ a 10KHZ, esta pensado para realizar tanto la conversion frecuencia-tensìon como para la tensìon-frecuencia.
DIAGRAMA INTERNO DEL LM331.
EL LM331 COMO CONVERSOR FRECUENCIA TENSION.
GRAFICAS.
PRINCIPALES CARACTERISTICAS DEL LM331
En las hojas de datos del fabricante encontramos estos datos que consideramos los mas relevantes a la hora de elegir un conversor:

Error de no linealidad de la escala (Tmin<T<Tax):=0,02% de fondo en la escala.

Error de no linealidad de la escala (circuito tipico de aplicacion):=0,14% de fondo de escala.

Factor de conversiòn de la escala (Ganancia):
G min= 0,90
G tip=1,00
G max=1,10
Cambio de ganancia con Vcc ( de 4,5V a 10V):=0,1%/V
Estabilidad en temperatura de la ganancia: -+50ppm/ªC
Estabilidad de la ganancia en el tiempo (sobre 1000 hs):+- 0,02% de fondo de escala

REFERENCIA DE VOLTAJE (pin 2):
Vmin= 1,7V
Vtip=1,89V
Vmax=2,08
Estabilidad en temperatura=+-60ppm/ºC
Estabilidad en el tiempo ( sobre 1000 hs):-+0,1%

FUENTE DE CORRIENTE (pin 1):
I min=116uA
I tip=136uA
i max=156uA
EL CONVERSOR LM2907
El LM2907 es un conversor de menor precisiòn y menos versàtil que el LM331, ya que solo realiza la conversiòn de frecuencia a tensiòn. en su circuito incluye : un comparador de tensiòn en la entrada con una funciòn de histèresis, una bomba de carga como convertidor frecuencia en tensiòn y un amplificador operacional con un transistor de salida.
El diagrama en bloques del circuito interno lo observamos en el siguiente diagrama:
En la figura siguiente vemos un circuito típico de aplicación sugerido por el fabricante de las hojas de datos para la conversión (frecuencia-tensión).
Criterios para la elección de R1, C1 y C2 para un mejor funcionamiento:

Nos dice el fabricante que C1 también tiene la función de mantener cierta compensación interna en la bomba de carga y debe mantenerse mayor de 100 pF. Y que valores más pequeños pueden causar un error de corriente en R1, sobre todo a bajas temperaturas.
Deben reunirse tres consideraciones al escoger R1.
1) La salida de corriente del pin 3 es fija y V3 max, dividido por R1, debe ser menor o igual a este valor.
Donde V3max es el voltaje de salida a máxima escala requerido. Y la 3min I la encontramos en las hojas de datos y es 180 µA.
2) Si R1 es demasiado grande, puede volverse una fracción significativa de la impedancia de salida en el pin 3 degradando la linealidad del sistema.

3) Debe considerarse el voltaje de ripple a la salida, si bien R1 no interviene en dicha ecuación, el tamaño de C2 es afectado por R1, al diseñar la constante de tiempo de la integración. Es decir que R1 puede escogerse independiente del ripple, sin embargo el tiempo de respuesta, o sea el tiempo que tarda Vo para estabilizarse a un aumento de frecuencia esta determinado por ella y por C2.

Luego C2 resulta una elección de compromiso entre el ripple y el tiempo de respuesta y la linealidad del circuito. Es simple ver en las graficas anteriores que la máxima frecuencia de entrada admisible estará dada cuando el periodo T de la señal de entrada sea igual a 2 tc.
Una curva interesante dada por el fabricante muestra de manera muy clara la relación entre Vo el Vppr en función de la frecuencia:

Características principales del LM2907


En las hojas de datos del fabricante encontramos los siguientes datos que consideramos los más relevantes a la hora de elegir un conversor:

Error de no linealidad de la escala típica: 0,3 %
Error de no linealidad de la escala máximo: ± 1 %

Factor de ganancia de la escala:
K min = 0,9
K tip = 1,0
K max = 1,1

Fuentes de corriente (pin 2 y pin 3) I2 e I3:

I min = 140 µA
I tip = 180 µA
I max = 240 µA

Comparador de tensión de entrada:
Histéresis (tip): 30 mV

Corriente de polarización:
Ib(tip) = 0,1 µA
Ib(max) = 1 µA

AO de salida:
Offset de tensión:
Vos (tip) = 3 mV
Vos (max) = 10 mV

Corriente de polarización
:
Ib(tip) = 50 nA
Ib(max) = 500 nA




Otra característica importante del LM2907 es el transistor de salida integrado que puede absorber una corriente de hasta 50 mA, lo que le da la posibilidad al diseñador de excitar directamente leds o reles sin componentes adicionales.

T será el periodo de la frecuencia de la señal de entrada que dispara la bomba
de carga.
De donde resulta que:

Utilizando la ecuación de carga de un capacitor:
Donde al cargarse a corriente constante resulta:
Reemplazando F I en la ecuación de 3med I resulta:
Luego la tensión en:
La configuración del AO de salida es una etapa seguidora, entonces resulta
El fabricante, en las hojas de datos, generaliza la ecuación teórica que nosotros obtuvimos y nos
da la siguiente ecuación de escala:

Donde de las hojas de datos KTIP es una constante de la ganancia del circuito y típicamente es
1.0
La linealidad de este voltaje es típicamente 0.3% del fondo de escala.
El capacitor C2, que esta en paralelo con la resistencia R1 configura el pasa bajos que realiza la
integración de la corriente para obtener su valor medio. Por esta razón no interviene en la
ecuación de escala de la conversión. Si interviene de manera fundamental en la ecuación del
ripple que podemos observar en V3 y en la salida Vo.
El fabricante nos da la siguiente ecuación de cálculo para el ripple de salida:

JUAN DAVID PENA BOHORQUEZ
JAIRO ANDRES BECERRA ALVAREZ
FUNDACIÒN UNIVERSITARIA DE SANGIL "UNISANGIL"
SEDE YOPAL
INGENIERÌA ELECTRÒNICA
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