RELAZIONE N°4 : VERIFICA FUNZIONAMENTO CONVERTITORE V/F

Breve illustrazione del funzionamento dello schema a blocchi :

Se in ingresso al blocco integratore mettiamo una tensione inizialmente positiva e costante (Vin) abbiamo in uscita una rampa discendente con pendenza che varia, ovviamente, in proporzione al valore della Vin.

Nonappena la tensione di uscita dell'integratore raggiunge il livello di riferimento del comparatore, l'uscita di quest'ultimo commuta attivando così 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 Vin. 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 Vin finché la tensione di uscita dell'integratore non raggiunge di nuovo il valore - V_ref. Se Vin non viene modificata, 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 To 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.

 se poniamo Vin costante la formula diventa .

Essendo la frequenza 1/T il legame che si crea in questo circuito fra tensione di ingresso e frequenza dei segnali è ossia con K = 1/RIT₀.

Tutti i segnali interni hanno la stessa frequenza. Solitamente 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.

LM331 : Questo particolare convertitore tensione frequenza della National è un convertitore di precisione perché ha un range di frequenze che varia da 1Hz fino a 100kHz, ha un basso costo, ha una stabilità termica eccellente : ± 50 ppm/°C, dissipa poca potenza : circa 15mW con 5V, range dinamico di 5 decadi ossia 100dB, può essere alimentato singolarmente con tensioni che possono variare tra 5 e 40V. Infine ha anche la qualità che gli impulsi generati in uscita sono compatibili con tutte famiglie logiche.

Parte pratica :

Abbiamo realizzato il circuito presente nella prima pagina del Datasheet esplicativo del componente LM331 e misurandone gli impulsi di uscita tramite l'oscilloscopio.

Dati:

Per trasformare i quadretti in frequenze abbiamo fatto : 1 / (num quadretti * scala * 10^-3 perché sono millisecondi)

Grafico :

Conclusioni :