OSCILADORES

Conversor tensión-frecuencia
Gastón Arismendi, gasaris@adinet.com.uy, Rodrigo Honorio, ro77@adinet.com.uy
Universidad de la República Oriental del Uruguay – Facultad de Ingeniería – 2006
Medidas Eléctricas - Tutor: Daniel Slomovitz

Resumen – Este trabajo describe el
funcionamiento de los conversores tensiónfrecuencia. En particular estudia las dos
configuraciones más comunes en la queestos
se presentan, las ventajas y desventajas de
cada una y un ejemplo de se aplicación.
Palabras clave – CTF ( conversor tensiónfrecuencia), CAD (conversor analógicodigital), LCK (Ley de corrientes de Kirchoff)

I. INTRODUCCIÓN
Un conversor tensión-frecuencia ( Figura 1)
es un oscilador que recibe como entrada un
voltaje (voltaje de control) que puede ser
AC o DC, y provee como salida untren de
pulsos (onda cuadrada) que tiene una
frecuencia proporcional al voltaje de
control. En general los CTF consisten en
un amplificador a la entrada, una red RC
(usualmente con capacitores de baja
absorción dieléctrica), un oscilador de
precisión (oscilador monoestable) y una
fuente.
Un CTF puede ser usado como bloque de
un sistema de conversión analógico-digital,
usando la ondacuadrada que sale del CTF
como reloj de un contador y leyendo la
palabra digital que resulta. Esta palabra
digital será proporcional a la entrada. En
particular se usa en transductores digitales,
ya que la mayoría de los sensores primarios
dan como salida voltajes analógicos.
Las configuraciones de CTF más comunes
son los de carga balanceada y los tipo
multivibrador con manejo de corriente (osolo multivibrador). Existen otros tipos de
osciladores de frecuencia variable, entre
ellos el famoso “timer 555”, cuya
desventaja frente a los anteriormente
mencionados es su no-linealidad (o poco
rango de linealidad).

Figura 1. Conversor Tensión Frecuencia
VFC 32 de Texas Instrument

II. CTF SIMPLE
Consideremos el circuito de la figura 2.
Supongamos que en t=0 la llave L estáabierta, el condensador C está descargado,
el voltaje Vll a la salida del operacional 2
(que está funcionando como comparador)
está a +Vcc y que en la pata “-”(e-2) del
mismo operacional hay un voltaje de
continua constante igual a –Vref. Haciendo
el nudo en la pata “-“ del operacional 1 y
considerando cortocircuito virtual se
obtiene:
Vo(t) = -(Vin.t)/RC = e+2(t) (1)

Figura 2 CTF SimpleSe observa que en t = 0:
e+2(t=0) = 0 > e-2(t=0) = -Vref (2)

por lo tanto es correcto suponer Vll=+Vcc.
Esto se mantiene así hasta que en t=t1
e+2(t) se hace inferior a –Vref. Se verifica
que e+2( t=t1)= -Vref , entonces
t1 = (Vref.RC)/Vin (3)
En ese instante, la salida del comparador
(Vll) pasa a valer –Vcc . Esto hace que la
llave L se cierre, lo cual descarga al
condensador eimpone voltaje cero en
Vo=e+2; esta condición implica
e+2(t=t1+dt)=0 > e-2(t=t1+dt)= -Vref (4)
Esto último lleva a Vll de nuevo a +Vcc y
abre la llave. En este momento estamos
como al principio (t=0), con C descargado,
L abierta t Vll= +Vcc entonces se repite
todo de nuevo.
Si consideramos dt despreciable, obtenemos
a la salida una rampa se período T= t1 por
lo tanto
fSAL= 1/T =Vin/(Vref.RC) (5)

Figura 3. CTF Multivibrador
Su principio de funcionamiento es el
siguiente: como hay un FET a la salida del
operacional, dicha I pasa toda por el FET,
(es decir no entra ni sale corriente a la
salida del operacional).
Suponiendo que V>VREF la salida del
comparador al inicio es +Vcc. Suponemos,
además, que al principio el capacitor C está
descargado.
Aquí empieza la etapa 1.Sea Vc el voltaje en bornes del capacitor, se
cumple:

III. CTF TIPO MULTIVIBRADOR[1]
El conversor tensión-frecuencia de tipo
multivibrador puede ser visto tanto como
CTF como un conversor intensidadfrecuencia, ya que todos los circuitos que lo
implementan tienen a la entrada un
conversor tensión-intensidad. Esto último
se observa en el diagrama de bloques de la
figura 2; en la parte...