Преобразование частоты в напряжение.

[IvanBayan]

Привет.
Короткая версия вопроса:
Хочется сделать преобразователь частоты в напряжение, где-то слышал, что можно его сделать на операционном усилителе, но ни теорию ни конкретную схему не нашёл.
Сигнал имеет заполнение около 70% (генерируется таймером 555), частота не выше 500КГц (сейчас на макетке дома до 200КГц).
Применять специальные микросхемы типа lm331 не хочется, микроконтроллер применять то же не хочется (хочется покопаться с аналоговыми решениями).
Краем глаза видел решение на таком же 555 таймере, те теоретически генератор и преобразователь можно сделать на одном сдвоенном таймере, смущает только то, что у сигнала скважность не 50%.
Вопрос, правда ли, что на ОУ можно сделать преобразователь частоты в напряжение, если да, то где можно почитать? Если нет, получится ли сделать на втором 555 таймере? Есть ли более простое решение сделать такой преобразователь не используя специализированных микросхем или микроконтроллера?

Длинная версия
Есть некий переменный конденсатор, который хочется померять. Хочу сделать это аналоговыми методами на коленке, из академического интереса.
Почему интересует схема на ОУ, прочитал, что можно сделать генератор частота которого зависит от ёмкости на триггере Шмитта, который в свою очередь можно сделать на операционном усилителе, тогда можно сделать генератор, преобразователь на одной микросхеме и там же привести Vout к какому-то диапазону напряжений и фильтр забабахать (если делать на lm324).
Видел решение на сдвоенном таймере, но пока не вникал в его суть.
Для меня проще всего было бы сделать на каком-нибудь stm8, но хочется хардкора.
Готовые преобразователи стоят как микроконтроллер, а плюшек меньше.
Может быть есть какое-то изящное решение о котором я не знаю?

[dr.doc]

Один из вариантов решения следующий: по фронту (или спаду) импульса входного сигнала запускается одновибратор, выходной импульс которого далее поступает на интегратор. Выход интегратора и есть преобразованное значение.

[просто КОТ]

Да чё там думать то? Сразу сигнал на интегрирующую цепочку. А размах с неё на диодный детектор и вот тебе напряжение.

[IvanBayan]

Интегрирующая цепочка это конденсатор к примеру? Я понимаю как с помощью ШИМ, можно получить разное напряжение на конденсаторе. Но в моём случаи, скважность не меняется, меняется частота.
Или ключевое слово "диодный детектор"?

[просто КОТ]

http://ru.wikipedia.org/wiki/RC-%D1%86% ... 0%BF%D1%8C

[dr.doc]

А как быть при разной скважности? Или при ее нестабильности? Интегратор - он ведь интеграл (площадь) берет...

[просто КОТ]

Скважность обещали стабильную. А РЦ-цепь -- простейший ФНЧ. Пусть будет нелинейная, но простейшая и надёжная частотная зависимость.

[dr.doc]

Стабильности нет даже у кварца и атомных часов. А по поводу статьи, хочу добавить автору, что 555-й таймер на 20-ти кГц уже нехило валит фронты, и вообще микросхема позиционируется до частоты 100 кГц...

[Света]

... ни теорию ни конкретную схему не нашёл...

Поищите поиском "Аналоговый частотомер", найдёте множество схем как сложных, так и очень простых...

[просто КОТ]

Но согласитесь же, в итоге придём к следующему:
Нормируем амплитуду,
Усиливаем,
ФНЧ,
Вольтметр.

[VT1]

Хочется сделать преобразователь частоты в напряжение

Читайте эту тему. В ней и теория вкратце описана.
http://radiokot.ru/forum/viewtopic.php? ... 0#p1964910
Хотя там больше говорят про частотный детектор, но это сути не меняет.

Да потому что то, что у вас нарисовано на вашей картинке в принципе неправильно.
http://img.radiokot.ru/files/79870/medium/akp574306.jpg
Величина постоянной составляющей после детектирования синусоиды будет практически одна и та же при разных частотах и равна интегралу той урезанной синусоиды.
А что бы получилось то, что вы нарисовали, нужен счетный детектор, как выше писали.
http://radiokot.ru/forum/download/file. ... &id=179020
Т.е. из огрызков синусоиды получить импульсы фиксированной ширины, а уж потом их подавать на RC цепочку.
В выше приведенном примере это делается с помощью триггера Шмидта с последующей дифференциацией импульсов или подачи импульсов с триггера Шмидта на одновибратор, что бы получить импульсы фиксируемой длительности, но разной частоты.
Потом их уже подают на RC цепочку. Вот только в этом случае на выходе интегратора получим изменение напряжения при изменении частоты.



По такому же принципу работают аналоговые частотомеры.



Вместо триггера Шмидта в нем поставили ограничитель, затем идет одновибратор и дальше RC цепь.
Принцип абсолютно такой же, что описал в схеме частотного детектора.

[IvanBayan]

http://ru.wikipedia.org/wiki/RC-%D1%86% ... 0%BF%D1%8C

Всё равно не догоняю, если скажность не меняется, то не зависимо от частоты соотношение заполнения и скважности останется тем же, значит будет одно и то же напряжение на конденсаторе.

Стабильности нет даже у кварца и атомных часов. А по поводу статьи, хочу добавить автору, что 555-й таймер на 20-ти кГц уже нехило валит фронты, и вообще микросхема позиционируется до частоты 100 кГц...

У меня в datasheet написано, до 500КГц, на 200КГц фронты были нормальные, жалко забыл картинку сделать.

Поищите поиском "Аналоговый частотомер", найдёте множество схем как сложных, так и очень простых...

Ок, спасибо. Буду копать в эту сторону.

Читайте эту тему. В ней и теория вкратце описана.
viewtopic.php?p=1964910#p1964910

Здорово, поиском искал "преобразователь частоты, эту тем не видел, буду изучать.

Вчера собрал генератор на триггере Шмитта (вместо таймера), по этой схеме:

Если кому интересно, то вот осциллограммы:
Минимальная ёмкость:

Максимальная:

Резистор был что-то около 20КОм, экспериментировал с резисторами, остановился на 200КОм. При минимальной ёмкости наблюдалась нестабильность частоты +-10%, добавил параллельно измеряемому конденсатору - конденсатор 68пФ ( минимальная ёмкость измеряемого конденсатора единицы пикофарад), получилось так:


Стабильность генерации повысилась.

Обещанной скважности 50% не получил, хотя на сколько понимаю теорию работы триггера Шмитта, должно было получится.
Пока думаю на сам триггер, он был откуда-то выпаян, может полумёртвый или с плохими характеристиками.

[BOB51]

Поставь LM29077LM2917

LM2907.pdf

(326.08 КБ) 872 скачивания

[IvanBayan]

Да, я знаю, что есть FtV преобразователи, но выше написал, что хочу собрать на коленке.
Сейчас появилась мысль пошукать по даташитам, может есть подробная структурная схема.
Пока начитавшись в симуляторе собрал такую схему:

Идея формировать на выходе импульсы длиной равной периоду наибольшей возможной частоты, когда частота будет падать, получится некий аналог шим, но в железе пока не заработало.

[BOB51]

Так в том даташите насчет структурных схем...

[IvanBayan]

Непонятно что-то. =)
Я с аналоговой электроникой на вы, надо что-то подробнее или хотя бы какие блоки на оу сделать и как их соединить.

[IvanBayan]

Вот пример из даташита на ne555:

[IvanBayan]

Сорри, в конце нашёл эквивалентную схему.

[Alek Lem]

Искал решение задачи преобразования частота - напряжение при частотах до 1 кГц. На форуме упоминалась LM2907 и 1108ПП1 и это кажется неплохой выход из положения. Но набрел на эту тему и стало интересно:

Один из вариантов решения следующий: по фронту (или спаду) импульса входного сигнала запускается одновибратор, выходной импульс которого далее поступает на интегратор. Выход интегратора и есть преобразованное значение.

Да чё там думать то? Сразу сигнал на интегрирующую цепочку. А размах с неё на диодный детектор и вот тебе напряжение.

Странно это, ведь интегратор будет постоянно суммировать общую площадь импульсов, неважно откуда - с генератора или с формирователя (одновибратора). Так как общая площадь импульсов растет всё время, то напряжение на интеграторе будет монотонно возрастать до напряжения питания. Примерно так:



Как же интегратором измерять частоту ?

[El-Eng]

Интегратор не есть интегрирующая цепочка. Интегрирующая цепочка (например, RC) есть ФНЧ. Если вы подберете ее параметры так, чтобы на выходе было среднее за несколько периодов, то при подаче импульсных сигналов с одинаковой амплитудой и длительностью импульсов но разной частотой (от одновибратора), на выходе будет напряжение, прямо пропорциональное частоте.
Чтобы мерить частоту интегратором, схему нужно модифицировать, чтобы она определяла среднее значение.