CONVERTITORE FREQUENZA TENSIONE F/V

La figura 1 illustra la tipica struttura circuitale di un convertitore F/V.

Fig. 1 Struttura circuitale del F/V

Questi dispositivi accettano al proprio ingresso un segnale di tipo impulsivo v_in e producono in uscita tensione v_OUT la cui ampiezza è direttamente proporzionale alla frequenza del segnale v_in in ingresso.

Questo convertitore richiede che l'ampiezza degli impulsi di ingresso sia superiore a quella della tensione di riferimento -V_REF. il funzionamento del convertitore è il seguente.

• Ogni impulso d’ingresso viene confrontato con -V_REF mediante il comparatore. Quando l'ampiezza del generico impulso diventa maggiore di |V_REF| l'uscita del comparatore commuta a livello ALTO. Tale uscita ritorna a livello BASSO quando l'ampiezza di v_in scende al di sotto del valore di V_REF.

• In tal modo all'uscita del comparatore viene generato un impulso V_M di trigger che pilota il monostabile nel suo stato instabile a livello ALTO. Questo livello ALTO provoca la commutazione del deviatore S da massa al generatore di corrente costante I_S

• La durata dello stato instabile del monostabile è fissa (pari a t_W) e determinata dalla rete di temporizzazione del monostabile stesso. Ciò significa che la corrente I_S viene integrata per l'intervallo di tempo sempre costante t_W (il condensatore C si carica).

• Al termine di t_W l'uscita del monostabile ritorna a livello BASSO (stato stabile) pilotando a massa il deviatore S (in questo modo il condensatore C si scarica attraverso la resistenza R).

• L'integratore, quindi, integra impulsi di corrente di durata pari a t_W e frequenza uguale a quella di v_in In altri termini il suddetto dispositivo integra il valore medio del treno di impulsi di corrente. La teoria delle forme d'onda specifica che tale valore medio è I_MED = I_S (duty cycle). Pertanto:

I_MED = I_S(t_W /T )= I_S t_W f

dove T è il periodo del suddetto treno di impulsi e f= l/T la corrispondente frequenza.

• L'uscita V_OUT dell'integratore, quindi, è una tensione di ampiezza proporzionale al valore medio I_MED del treno di impulsi di corrente. Infatti, poiché I_MED è un valore costante, si comprende che tale corrente può fluire solo attraverso R e quindi:

• Al variare della frequenza di v_in varia anche quella del treno di impulsi di corrente ma, poiché t_W è costante, varia proporzionalmente anche il valore medio del suddetto treno di impulsi. Ne deriva che l'uscita V_OUT dell'integratore, essendo proporzionale al valore medio degli impulsi di corrente, assume valori proporzionali a quelli della frequenza di v_in.

Dal punto di vista funzionale e applicativo occorre tenere presente che:

1. L'uscita dello stadio Open Collector non viene praticamente usata;

2. Il valore di t_W deve essere maggiore dell'intervallo di tempo durante il quale v_in risulta inferiore a - V_REF. In caso contrario si potrebbe produrre un impulso di trigger tale da generare una falsa commutazione del monostabile con conseguente errore di conversione;

3. Conviene che la frequenza di taglio dell'integratore sia notevolmente inferiore al valore della minima frequenza attesa per v_in .

Confrontando le strutture circuitali del convertitore V/F e del convertitore F/V si nota che esse risultano costituite dagli stessi elementi, seppur diversamente connessi. Ciò permette di realizzare i suddetti convertitori utilizzando gli stessi componenti. Su questo principio è basata la realizzazione dei dispositivi integrati, i quali normalmente possono essere configurati come convertitori V/F o F/V mediante l'aggiunta di pochi componenti esterni.