Из этой статьи вы узнаете как измерить частоту сигнала с помощью интегрирующей RC-цепочки, как приспособить для этой цели операционный усилитель. Кроме того, вы узнаете об интегральном преобразователе частота-напряжение LM 331.
В радиолюбительских конструкциях часто используются как аналоговые цепи так и цифровые. например, частота сигнала может быть функцией какого либо физической величины - давления, температуры, перемещения и т.д. Такой сигнал можно передавать на большое расстояние без затухания и помех.
Но для того чтобы "расшифровать" такой сигнал, частоту нужно преобразовать в напряжение или ток. Для этого и служат преобразователи частота-напряжение (ПЧН).
Самый простой ПЧН это обычная интегрирующая RC-цепочка. В этой схеме, в отличие от дифференцирующей, резистор включен последовательно с источником напряжения и нагрузкой, а конденсатор параллельно нагрузке. Как на рисунке:
Если в дифференцирующей цепочке выходное напряжение пропорционально дифференциалу или скорости изменения входного сигнала, то в интегрирующей - интегралу входного напряжения. Интеграл можно оценить по площади под кривой сигнала.
Но заряд и разряд конденсатора процесс нелинейный и развивается по экспоненте. В нашем случае нужна линейная передаточная характеристика. Ее легко обеспечить если постоянная времени цепочки t= R C на порядок больше периода входного сигнала. Казалось бы все отлично, но тактя цепочка очень сильно ослабляет сигнал а это неудобно.
Выход состоит в том, чтобы использовать операционный усилитель как в этой схем. Если присмотреться, то это обычный инвертирующий усилитель, в цепь отрицательной обратной связи включен конденсатор.
Мы уже знаем, что конденсатор в цепи переменного тока обладает реактивным сопротивлением Xc = 1/(2 Pi f C), где Pi = 3.14...., f = частота сигнала, С - емкость конденсатора.
Коэффициент усиления ОУ в такой схеме зависит от соотношения сопротивления резисторов в цепи обратной связи K = 1+Xc/R. Следовательно, увеличение частоты уменьшает Xc и коэффициент усиления ОУ. Сигнал на выходе уменьшается. Давайте посмотрим как это происходит:
Насколько линейна такая характеристика? Давайте посмотрим на график.
Конечно, в широком диапазоне такая зависимость нелинейна. оно и понятно, Уровень сигнала на выходе линейна не от частоты а от обратной ее величины. Это видно из формулы. Для исправления этого недостатка можно использовать специальные корректирующие усилители.
Но гораздо проще в схеме поставить специальные микросхемы - преобразователи частота-напряжение, например LM 331. Собрать такой преобразователь можно по этой схеме, взятой из Datasheet на микросхему.
Итак, мы узнали как сделать преобразователь частота-напряжение на операционном усилителе и специализированной микросхеме LM 331. Если эта статья была для вас полезна, ставьте лайк, пишите комментарии, подписывайтесь на канал. До новых встреч!