Недорогой преобразователь напряжения в частоту на таймере NE555

Журнал РАДИОЛОЦМАН, декабрь 2014

В 1971 году компания Signetics, позднее инкорпорированная в Philips, впервые представила на рынок ИМС таймера NE555. Производители до сих выпускают эти ИМС в количестве более 1 млрд. в год. Добавив к микросхеме NE555 всего несколько компонентов, вы можете построить простой преобразователь напряжения в частоту ценой менее 50 центов. Кроме таймера схема содержит интегратор Миллера на операционном усилителе TL071 (Рисунок 1).

Рисунок 1.	ИМС таймера NE555 совместно с интегратором Миллера образует преобразователь напряжения в частоту cтоимостью менее 50 центов.

При значениях номиналов элементов, указанных на Рисунке 1, изменению входного напряжения от 0 до –10 В соответствует изменение частоты выходного сигнала от 0 до 1000 Гц. Ток заряда конденсатора C₁ является функцией входного напряжения:

Когда напряжение на конденсаторе C₁ достигнет величины в две трети от напряжения питания V_CC, открывается внутренний разряжающий транзистор ИМС 555, и напряжение на C₁ опускается до уровня, равного одной трети V_CC, то есть, до нижнего порога компаратора. По достижении одной трети этого напряжения внутренний транзисторный ключ закрывается, и конденсатор C₁ вновь начинает заряжаться. Во время заряда C₁ выход NE555 находится в высоком состоянии, а во время разряда – в низком. Если неизменном входном напряжении время заряда C₁ постоянно. Принимая во внимание, что время разряда конденсатора значительно меньше, чем время заряда, для расчета частоты выходного сигнала можно использовать выражение:

Подстроечный резистор P₁ позволяет калибровать соотношение между частотой выходного сигнала и входным напряжением. Поскольку время разряда конденсатора составляет порядка 30 мкс, с увеличением частоты точность преобразования уменьшается. Если откалибровать шкалу так, чтобы входному напряжению –1 В соответствовала частота 100 Гц, а напряжению –10 В – 1000 Гц, то погрешность преобразования в этом диапазоне будет изменяться от 0.3 до 3%. Если же с помощью P₁, выполнить калибровку выходной частоты в середине диапазона входного напряжения на уровне –5 В, то погрешность преобразования будет менее 1.3% во всем диапазоне частот. Для повышения точности следует выбирать конденсатор C₁ с малым тангенсом угла потерь и низкой диэлектрической абсорбцией. Чтобы уменьшить зависимость параметров схемы от температуры, в качестве R₁ следует выбрать резистор с низким ТКС, а подстроечный резистор Р₁ должен быть многооборотным металлокерамическим.