Il convertitore V/F

elettronica

Il convertitore V/F

Le realizzazioni pratiche del convertitore V/F si basano sul principio del bilanciamento di carica, che abbiamo già visto applicare nei convertitori A/D a doppia rampa e sigma-delta. Lo schema a blocchi può essere generalmente ricondotto alla configurazione di figura 1

fig. 1

fig. 2

La tensione di ingresso, che supponiamo per il momento positiva e costante, viene inviata al blocco integratore, che produce una rampa discendente con pendenza proporzionale al valore della tensione stessa (figura 2). Quando la tensione di uscita dell'integratore raggiunge il livello di riferimento del comparatore, l'uscita di quest'ultimo commuta e attiva il monostabile, che produce un impulso di durata fissa e chiude verso l'integratore lo switch S; per tutta la durata dell'impulso viene integrata anche la corrente I, costante e di segno opposto a quella prodotta dalla tensione di ingresso. Il circuito è dimensionato in modo che la corrente I sia sempre maggiore, in valore assoluto, di quella proveniente dall'ingresso (I > V_in(MAX) / R): perciò, per tutta la durata dell'impulso del monostabile, la tensione all'uscita dell'integratore è crescente e dipende dalla differenza tra le due correnti. Terminato l'impulso, riprende l'integrazione della sola tensione di ingresso finché la tensione di uscita dell'integratore non raggiunge di nuovo il valore - V_ref. Se la tensione di ingresso non si modifica, si susseguono cicli identici, durante i quali la carica accumulata dal condensatore dell'integratore nella fase a tensione di uscita decrescente eguaglia quella rimossa nella fase a tensione crescente (bilanciamento di carica).

Per un'analisi quantitativa di questi cicli, che ci permette di dimostrare che la frequenza dei segnali prodotti è proporzionale al valore della tensione di ingresso, conviene osservare che questa tensione è applicata sempre all'integratore e apporta carica sempre nella stessa direzione per l'intera durata T di un ciclo di bilanciamento, mentre la corrente I è applicata solo per la durata Tp dell'impulso del monostabile e sottrae carica in tale intervallo di tempo; perché la carica del condensatore al termine di ogni ciclo si ritrovi invariata, occorre che i due contributi si eguaglino. In formule:

Se supponiamo che la tensione di ingresso resti costante, la (formula 1)si trasforma in:

Dalla  (formula 2) si ricava il legame fra tensione di ingresso e frequenza dei segnali:

Per scrivere la (Formula 4) abbiamo posto K = 1/RIT₀.

Come mostra la figura 2, tutti i segnali interni hanno la medesima frequenza. In genere, viene impiegato come segnale di uscita quello squadrato prodotto dal monostabile, eventualmente portato all'esterno tramite un buffer.

Si noti che la relazione di conversione non dipende né dalla capacità del condensatore né dalla tensione di riferimento del comparatore; per una conversione accurata è necessario solamente che i loro valori siano stabili a breve termine. Il valore di R, invece, può essere impiegato per la taratura e per la scelta della costante di proporzionalità.