Преобразователь частота-напряжение на двух микросхемах

Журнал РАДИОЛОЦМАН, июль 2013

Peter Winship 

EDN 

Всего из шести компонентов можно собрать схему (Рисунок 1), выходное напряжение которой пропорционально частоте входного сигнала. При этом только три элемента – конденсатор C_O, резистор R и операционный усилитель OP-07 должны иметь хорошую температурную стабильность. Преобразователь обеспечивает хорошую линейность в диапазоне частот до одного мегагерца.

Рисунок 1.	Частотная зависимость тока, потребляемого нагруженной емкостью микросхемой, позволяет собрать простой преобразователь частота-напряжение. Объединив параллельно несколько триггеров Шмитта, можно сделать сумматор частот.

Средний ток I_AVG, вытекающий из земляного вывода (8) триггера Шмитта 40106, линейно зависит от частоты, с которой C_O разряжается в суммирующую точку операционного усилителя. Протекая через сопротивление обратной связи 13.33 кОм, этот ток создает пропорциональное падение напряжения. Выходное напряжение равно

где f – частота входного сигнала. Преобразователь необходимо откалибровать с помощью подстроечного резистора.

Конденсаторы емкостью 1 мкФ и 0.1 мкФ сглаживают выбросы, сопутствующие быстрому переключению микросхем. При использовании компонентов с указанными на Рисунке 1 номиналами диапазон выходных напряжений составляет 0 … 10 В для входных сигналов частотой 0 … 10 кГц. Если потребуется расширить частотный диапазон схемы, придется принимать во внимание собственный ток потребления КМОП микросхемы, пренебрегать которым на высоких частотах будет невозможно. Однако учесть этот ток совсем несложно, поскольку он пропорционален частоте. Достаточно в расчетах прибавить его к току разряда конденсатора.

Можно воспользоваться тем фактом, что в корпусе микросхемы шесть триггеров Шмитта, и сделать сумматор частот. Подключив емкость к выходу каждого инвертора, и подав на каждый вход сигналы различной частоты, вы получите выходное напряжение V_O, пропорциональное сумме частот:

Кроме того, можно расширить возможности схемы, соединив параллельно несколько инверторов.

При указанных на схеме номиналах компонентов в диапазоне частот от 0 до 10 кГц нелинейность преобразователя не превышает 0.4%.