частотный преобразователь своими руками, как сделать
Сегодня асинхронные двигатели являются основными тяговыми приводами для станков, конвейеров, и прочих промышленных агрегатов.
Для того чтобы моторы могли нормально функционировать, им нужен частотный преобразователь. Он позволяет оптимизировать работу агрегата и продлить срок его службы. Покупать устройство необязательно — частотник для трехфазного электродвигателя можно сделать своими руками.
- Назначение частотного преобразователя
- Принцип работы устройства
- Самостоятельное изготовление прибора
- Делаем трехфазный преобразователь
- Частотник для однофазного двигателя
- Возможные проблемы при проверке
Назначение частотного преобразователя
Асинхронный электродвигатель может работать и без частотника, но в этом случае у него будет постоянная скорость без возможности регулировки. К тому же отсутствие частотного преобразователя приведет к возрастанию пускового тока в 5−7 раз от номинального, что вызовет увеличение ударных нагрузок, повысит потери электроэнергии и приведет к существенному сокращению срока службы агрегата.
Для нивелирования всех вышеперечисленных негативных факторов были изобретены преобразователи частоты для асинхронных двигателей трехфазного и однофазного тока.
Частотник дает возможность в широких пределах регулировать скорость электродвигателя, обеспечивает плавный пуск, позволяет регулировать как скорость запуска, так и скорость торможения, подключать трехфазный мотор к однофазной сети и многое другое. Все эти функции зависят от микроконтроллера, на котором он построен, и могут отличаться у разных моделей.
Принцип работы устройства
Переменный ток поступает из сети на диодный мост, где он выпрямляется и попадает на батарею сглаживающих конденсаторов, где окончательно превращается в постоянный ток, который поступает на стоки мощных IGBT транзисторов, управляемых главным контроллером. Истоки транзисторов, в свою очередь, подключены к двигателю.
Вот упрощенная схема преобразователя частоты для трехфазного асинхронного двигателя.
Теперь рассмотрим, что происходит с транзисторами и как они работают.
Полевой транзистор (он же ключ, мосфет и пр.) — это электронный выключатель, принцип его действия основан на возникновении проводимости между двумя выводами (сток и исток) мосфета, при появлении на управляющем выводе (затворе) напряжения, превышающего напряжение стока.
В отличие от обычных реле, ключи работают на очень высоких частотах (от нескольких герц до сотен килогерц) так что заменить их на реле не получится.
С помощью этих быстродействующих переключателей микроконтроллер получает возможность управления силовыми цепями.
К контроллеру, кроме мосфетов, также подключены датчики тока, органы управления частотником, и другая периферия.
При работе частотного преобразователя микроконтроллер измеряет потребляемую мощность и, в соответствии с установленными на панели управления параметрами, изменяет длительность и частоту периодов, когда транзистор открыт (включен) или закрыт (выключен), тем самым изменяя или поддерживая скорость вращения электродвигателя.
Самостоятельное изготовление прибора
Несмотря на множество агрегатов заводского производства, люди делают преобразователи частоты самостоятельно, благо на сегодняшний день все его компоненты можно купить в любом радиомагазине или заказать из Китая. Такой частотник обойдется вам значительно дешевле покупного, к тому же вы не будете сомневаться в качестве его сборки и надежности.
Делаем трехфазный преобразователь
Собирать наш преобразователь будем на мосфетах G4PH50UD, которыми будет управлять контроллер PIC16F628A посредством оптодрайверов HCPL3120.
Собранный частотник при подключении в однофазную сеть 220 В будет иметь на выходе три полноценные фазы 220 В, со сдвигом 120°, и мощность 3 КВт.
Схема частотника выглядит так:
Так как частотный преобразователь состоит из частей, работающих как на высоком (силовая часть), так и на низком (управление) напряжении, то логично будет разбить его на три платы (основная плата, плата управления, и низковольтный блок питания для неё) для исключения возможности пробоя между дорожками с высоким и низким напряжением и выхода устройства из строя.
Вот так выглядит разводка платы управления:
Для питания платы управления можно использовать любой блок питания на 24 В, с пульсациями не более 1 В в размахе, с задержкой прекращения подачи питания на 2−3 секунды с момента исчезновения питающего напряжения 220 В.
Блок питания можно собрать и самим по этой схеме:
Обратите внимание, что номиналы и названия всех радиокомпонентов на схемах уже подписаны, так что собрать по ним работающее устройство может даже начинающий радиолюбитель.
Перед тем как приступить к сборке преобразователя, убедитесь:
- В наличии у вас всех необходимых компонентов;
- В правильности разводки платы;
- В наличии всех нужных отверстий для установки радиодеталей на плате;
- В том, что не забыли залить в микроконтроллер прошивку из этого архива:
Если вы все сделали правильно и ничего не забыли, можете приступать к сборке.
После сборки у вас получится что-то похожее:
Теперь вам осталось проверить устройство: для этого подключаем двигатель к частотнику и подаем на него напряжение. После того как загорится светодиод, сигнализирующий о готовности, нажмите на кнопку «Пуск». Двигатель должен начать медленно вращаться. При удержании кнопки двигатель начинает разгоняться, при отпускании — поддерживает обороты на том уровне, до которого успел разогнаться. При нажатии кнопки «Сброс» двигатель останавливается с выбегом. Кнопка «Реверс» задействуется только при остановленном двигателе.
Если проверка прошла успешно, то можете начинать изготавливать корпус и собирать в нем частотник. Не забудьте сделать в корпусе отверстия для притока холодного и оттока горячего воздуха от радиатора IGBT транзисторов.
Частотник для однофазного двигателя
Преобразователь частоты для однофазного двигателя отличается от трехфазного тем, что имеет на выходе две фазы (ошибки тут нет, двигатель однофазный, при подключении без частотника рабочая обмотка подключается в сеть напрямую, а пусковая — через конденсатор; но при использовании частотника пусковая обмотка подключается через вторую фазу) и одну нейтраль — в отличие от трех фаз у последнего, так что сделать частотник для однофазного электродвигателя, используя в качестве основы схему от трехфазного, не получится, поэтому придется начинать все сначала.
В качестве мозга этого преобразователя мы будем использовать МК ATmega328 с загрузчиком ардуины. В принципе, это и есть Arduino, только без своей обвязки. Так что, если у вас в закромах завалялась ардуинка с таким микроконтроллером, можете смело выпаивать его и использовать для дела, предварительно залив на него скетч (прошивку) из этого архива:
К атмеге будет подключен драйвер IR2132, а уже к нему — мосфеты IRG4BC30, к которым мы подключим двигатель мощностью до 1 КВт включительно.
Схема частотного преобразователя для однофазного двигателя:
Также для питания ардуины (5в) и для питания силового реле (12в), нам понадобятся 2 стабилизатора. Вот их схемы:
Стабилизатор на 12 вольт.
Стабилизатор на 5 вольт.
Внимание! Эта схема не из простых. Возможно, придется настраивать и отлаживать прошивку для достижения полной работоспособности устройства, но это несложно, и мануалов по программированию Arduino в интернете — великое множество.
К тому же сам скетч содержит довольно подробные комментарии к каждому действию. Но если для вас это слишком сложно, то вы можете попробовать найти такой частотник в магазине. Пусть они и не так распространены, как частотники для трехфазных двигателей, но купить их можно, пусть и не в каждом магазине.
Еще обратите внимание на то, что включать схему без балласта нельзя — сгорят выходные ключи. Балласт нужно подключать через диод, обращенный анодом к силовому фильтрующему конденсатору. Если подключите балласт без диода — опять выйдут из строя ключи.
Если вас все устраивает, можете приступать к изготовлению платы, а затем — к сборке всей схемы. Перед сборкой убедитесь в правильности разводки платы и отсутствии дефектов в ней, а также — в наличии у вас всех указанных на схеме радиодеталей. Также не забудьте установить IGBT-транзисторы на массивный радиатор и изолировать их от него путем использования термопрокладок и изолирующих шайб.
После сборки частотника можете приступать к его проверке.
В идеале у вас должен получиться такой функционал: кнопка «S1» — пуск, каждое последующее нажатие добавляет определенное (изменяется путем редактирования скетча) количество оборотов; «S2» — то же самое, что и «S1», только заставляет двигатель вращаться в противоположном направлении; кнопка «S3» — стоп, при её нажатии двигатель останавливается с выбегом.
Обратите внимание, что реверс осуществляется через полную остановку двигателя, при попытке сменить направление вращения на работающем двигателе произойдет его мгновенная остановка, а силовые ключи сгорят от перегрузки. Если вам не жаль денег, которые придется потратить на замену мосфетов, то можете использовать эту особенность в качестве аварийного тормоза.
Возможные проблемы при проверке
Если при проверке частотника схема не заработала или заработала неправильно, значит, вы где-то допустили ошибку. Отключите частотник от сети и проверьте правильность установки компонентов, их исправность и отсутствие разрывов/замыканий дорожек там, где их быть не должно.
После обнаружения неисправности устраните её и проверьте преобразователь снова. Если с этим все в порядке, приступайте к отладке прошивки.
Частотный преобразователь своими руками
Иногда в быту возникает необходимость регулировать частоту вращения асинхронного двигателя. У меня например сломалось старенькое точило и решено было его осовременить и исправить недостатки: увеличить мощность и сделать регулировку оборотов, чтобы большие точильные круги не приводили к диким вибрациям.
Схема силовой части частотного преобразователя
Устройство состоит из:
Корректор коэффициента мощности. Он позволяет получить на выходе напряжение выше сетевого выпрямленного (соответственно выше мощность мотора), с более низким уровнем пульсаций и позволяет применить сетевой сглаживающий электролитический конденсатор меньшей величины, ККМ Вещь нужная, особенно для высоких мощностей, когда пиковые токи на электролитах достигают неприличных величин.
Контроллер ккм работает в критическом режиме, соответственно можно применить полупроводники с не самыми лучшими характеристиками.
Дежурка: выдает два напряжения 15 вольт для питания ккм и модуля IGBT и 5 вольт для микроконтроллера.
Модуль IGBT самый дешевый с алиэкспресса что удалось найти (FNA41560), на мощность до 1500 Ватт, но это не точно. Модуль содержит 6 транзисторов с драйверами, датчик температуры, вывод аварии и цепи защиты от перегрузки.
Схема микроконтроллера
Модулем IGBT управляет STM8S105. Он умеет три комплиментарных вывода ШИМ с аппаратным дедтаймом. Индикация осуществляется TM1637, частота регулируется переменным резистором. Частота регулируется 2-100 Гц, зависимость V/F. Частота работы ШИМ 5 кгц. Логика программы очень проста: Таймер 1 управляет 3 комплиментарными каналами ШИМ, по сигналу от таймера 2 меняется заполнение ШИМ в 3 каналах по таблице синусов со сдвигом 120 градусов, соответственно регулируя частоту срабатывания таймера 2 регулируем частоту вращения двигателя.
Между делом измеряется температура, вычисляется положение переменного резистора в выводится информация на индикатор.
Для надежного запуска pfc необходимо перемычкой подать 15 вольт с разъёмы Х1 на вывод 8 D1.
Ниже приведена осциллограмма выходных сигналов ШИМ микроконтроллера сглаженных rc фильтрами при частоте установки 50 Гц со сдвигом фаз 120 градусов.
Устройство реализовано на 4 печатных платах, чтобы поместить в распределительную коробку 120 на 80 мм.
На основной плате расположен сетевой выпрямитель с силовыми элементами ккм, модуль IGBT и колодки коммутации.
На следующих платах выполнен контроллер ккм
Дежурка
Схема микроконтроллера
Фото устройства в сборе
При включении и при крайнем положении переменного резистора на дисплей выводится температура, двигатель не работает.
Далее, поворачивая резистор, изменяется частота вращения двигателя от 1 герца до 100.
При повышении температуры более 40 градусов включается вентилятор.
При дальнейшем повышении температуры отключается двигатель до момента остывания IGBT модуля.
Применение ккм позволила достичь коэффициента мощности 0,98 и снизить амплитуду потребляемого тока:
Осциллограмма входного тока с ккм и без, при одинаковой нагрузке
Пиковые значения потребляемого тока от сети заметно ниже и они повторяют форму сетевого напряжения.
Измерение коэффициента мощности с ккм и без, при одинаковой нагрузке(первый параметр – питающее сетевое напряжение, второй – потребляемый ток, третий -коэффициент мощности):
Во вложении исходник программы и печатных плат. В микроконтроллере достаточно места для модернизации (можно добавить реверс, торможение, реализовать работу аппаратного зуммера, подмешать в синус третью гармонику). Данный регулятор рассчитан на мощность около 200 Вт. При использовании на номинальной мощности на силовые полупроводники требуется установить небольшие радиаторы.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| R1 | 1206 | 330k | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| R2 | 1206 | 330k | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| R3 | 0805 | 75r | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| R4, R11 | 1206 | 750K | 2 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| R5, R10, R8 | 2512 | 0. 1R | 3 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| R6, R14 | 1206 | 750K | 2 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| R9 | NOT USE | 0805 | 0 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| R12 | 0805 | 6.8K | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| R15 | 0805 | 100K | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| R17 | 0805 | 22K | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| R18 | 0805 | 0 | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| R19,21,22,29,30,31 | 0805 | 100R | 6 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| R20 | 0805 | 470R | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| R24, R25 | 2512 | 0. 33R | 2 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| R26 | 0805 | 10.5K | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| R27 | 0805 | NOT USE | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| R33 | 0805 | 3.3R | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| R34, R35 | 1206 | 75K | 2 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| R36, R37 | 0805 | 1M | 2 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| R39 | 0805 | 1K | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| R4 | 0805 | 470R | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| R41 | 1206 | 1K | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| R42, R43 | 1206 | 4. 7R | 2 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| R44 | 0805 | 100R | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| R16 | 0805 | 4.7R | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| c1, C7 | FILM | 0.22UF | 2 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| C3 | 1206 | NOT USE | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| C4 | 0805 | 1000P | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| C5 | 1206 | 4. 7UF | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| C2.C24 | 68UF 400V | 2 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |||
| C10,11,19-22 | 0805 | 1000PF | 6 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| C6,8,9 | 1210 | 10UF | 3 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| C14 | 0805 | 0.1UF | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| C15 | 0805 | 2.2UF | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| C16 | 0805 | 470PF | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| C17 | 0805 | 220PF | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| C18 | NOT USE | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |||
| C13, C28 | 1206 | 0. 1UF 500V | 2 | В блокнот | |||
| C29 | 1210 | 22UF 25V | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| C31 | 0805 | 0.15UF | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| C30, C32 | 1206 | 4.7UF 25V | 2 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| C26, C33 | 1210 | 22UF 25V | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| C7 | 1210 | 4.7UF | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| C23 | 0805 | 470PF 200V | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| C25 | 1206 | 0. 01UF 630V | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| VD2 | MOST | KBL 06 | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| VD5 | SOD323 | 16V | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| VD4,3 | SOD323 | NOT USE | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| VD8 | SOD323 | BAS321 | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| VD7,9,10 | STABILITRON | 25V | 3 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| VD1 | T0220 | ULTRAFAST 600V | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| VD13 | SOD323 | BAS321 | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| VD12 | 1A 600V | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |||
| VD11 | SMB | 100V 2A | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| VD14 | SOD323 | 15V STABILITRON | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| VT1 | TO220 | P20NM60 | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| D1 | SO8 | NCP1608 | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| D2 | DIP8 | OB2358 | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| D3 | 1117S5. 0 | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |||
| U1 | FNA41560 | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |||
| L3 | 4.7UH | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |||
| L1 | ETD29 | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |||
| TR1 | ТЕРМИСТОР | 10R | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| RU1 | ВАРИСТОР | 430V | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| U2 | SO4 | PC817 | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| T1 | T1 | EFD15 | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| LCD | LCD | TM1637 | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| Добавить все | |||||||
Скачать список элементов (PDF)
Теги:
- STMicroelectronics
- Altium Designer
- Преобразователь напряжения
- Микроконтроллер
2 Простые проекты преобразователя света в частоту для преобразования света в импульсы
В этой статье мы рассмотрим, что такое схема преобразователя света в частоту, как она работает, как ее использовать в проекте и ее технические характеристики.
Независимо от того, к какой категории вы относитесь, профессионалу, любителю, инженеру или студенту, модульные компоненты всегда сокращают вдвое нашу головную боль при проектировании схем.
Они устраняют необходимость в разработке специальных схем и снижают затраты. Одним из таких модульных компонентов является преобразователь света в частоту TSL235R.
Что такое преобразователь света в частоту (TSL235R)?
Этот модульный компонент представляет собой ИС, которая преобразует интенсивность света в частоту с рабочим циклом 50%.
Интенсивность и частота света пропорциональны.
При увеличении интенсивности окружающего или внешнего освещения выходная частота увеличивается, и наоборот.
TSL235R представляет собой трехногое устройство, внешне очень похожее на транзистор с полупрозрачным корпусом.
Доступен в двух вариантах: для поверхностного монтажа и для обычного монтажа на печатной плате.
Основным преимуществом этой ИС является то, что для генерации частоты не требуется никаких внешних компонентов; он может быть напрямую подключен к любому микроконтроллеру или микропроцессору.
Перед модулем небольшая выпуклая линза для фокусировки света, а задняя сторона плоская. Он очень чувствителен, так как обнаруживает крошечные изменения в освещении.
Обзор технических характеристик:
TSL235R может питаться от 2,7 В до 5,5 В (номинальное значение 5 В).
Обладает широким диапазоном светочувствительности от 320 до 1050 нм, от ультрафиолетового до видимого света. Он имеет рабочую температуру от -25 градусов Цельсия до +70 градусов Цельсия.
Имеет температурный коэффициент 150 ppm на градус Цельсия. Максимальная частота, которую он может обеспечить, составляет 100 кГц, а минимальная частота находится в диапазоне нескольких 100 Гц.
Выходной рабочий цикл строго откалиброван на 50 %. Его длина составляет 19,4 мм, включая клеммы, а ширина — 4,6 мм.
Конденсатор емкостью от 0,01 мФд до 0,1 мФд должен быть подключен к клемме питания, а конденсатор и TLS235R должны быть замкнуты, насколько это возможно.
Как это работает?
Он сочетает в себе два компонента: кремниевый фотодиод и преобразователь тока в частоту (CFC).
CFC представляет собой схему, которая преобразует параметр тока в параметр частоты.
Ток, протекающий через фотодиод, пропорционален интенсивности света.
Преобразователь тока в частоту (CFC) измеряет величину тока, протекающего через фотодиод.
При увеличении тока через фотодиод; CFC повышает его частоту и наоборот тоже верно. Таким образом, мы получаем косвенное преобразование света в частоту.
Как и где его использовать?
Вы можете использовать TSL235R там, где вы работаете с любым проектом, основанным на освещении, например:
· Вы можете использовать его для измерения интенсивности окружающего света, например, люксметра.
· Вы можете соединить светодиод и TSL235R для цепи обратной связи в инверторе, где требуется стабилизация выходного сигнала независимо от подключенной нагрузки.
· Может использоваться в детекторе движения, где можно обнаружить любое изменение интенсивности света.
· Может использоваться в системе безопасности.
· Может использоваться в автоматической системе уличного освещения, где падение частоты может быть обнаружено микроконтроллером и активировать выход.
Вот иллюстрация того, как связать его с микроконтроллером
Приложения не ограничены, когда вы начинаете играть с ним и правильно понимаете.
Схемы приложений
В следующих параграфах мы постараемся понять несколько интересных схем применения преобразователя частоты с использованием описанной выше микросхемы TLS235R 9.0003
1) Цепь регулируемого генератора света и частоты
Наша первая конструкция, показанная выше, использует потенциометр R2 в качестве регулятора частоты и создает прямоугольные волны с регулируемой частотой в диапазоне от 50 кГц до примерно 500 кГц.
С расстояния примерно полдюйма инфракрасный (ИК) светодиод с пиковой мощностью 880 нм направлен на входное окно TSL245, которое представляет собой небольшой выпуклый выступ на передней панели ИС.
Для размещения ИК-пары необходимо создать светонепроницаемый контейнер.
Этот шаг имеет решающее значение, поскольку фотодиод станет бесполезным, если на него попадет какой-либо внешний свет.
Наименьшее количество света, проникающего через фотодиод, определяет самую низкую рабочую частоту схемы. Выходная частота схемы может быть ниже 1 Гц в полной темноте. Всякий раз, когда R2 настроен на самый высокий уровень сопротивления, а светоотдача светодиода находится на самом слабом уровне, схема работает на самой низкой частоте.
Заменив резистор R2 на резистор 10 кОм или потенциометр на 20 кОм, можно настроить схему генерации прямоугольных импульсов для работы в слышимом диапазоне частот. Временно отключите питание ИК-светодиода и проверьте выходную частоту, если схема не работает в низкочастотном диапазоне.
Существует большая вероятность того, что внешний фоновый свет попадет на фотодиод, если его частота превышает 50 Гц. Исследуйте цепь при ярком окружающем свете, чтобы проверить, не увеличилась ли частота.
Если ничего не меняется, корпус можно считать полностью герметичным.
Однако определите утечку света и примените маскировку, если есть эскалация уровня частоты.
Схема светозависимого генератора тона
TSL245 используется в приведенной выше схеме как часть устройства поиска света, которое генерирует выходной звуковой тон в соответствии с интенсивностью ИК-излучения, попадающего на интегральную схему.
Микросхема включает в себя встроенный ИК-фильтр, однако для работы схемы в диапазоне музыкальных частот в условиях стандартного окружающего освещения по-прежнему требуется дополнительная фильтрация.
Для создания соответствующего ИК-фильтра можно использовать 35-миллиметровую или эквивалентную пленку с экспонированными и проявленными концами. Схема будет создавать выходной сигнал с частотой от 2 до 8 кГц в среде с нормальным освещением, если концы пленки очень черные и размещены на передней панели ИС в столько слоев, сколько необходимо.
Максимальная рабочая частота схемы определяется количеством вовлеченных слоев пленки.
Минимум света, который может попасть на фотодиод микросхемы, определяет самую низкую выходную частоту.
Функционирование схемы и возможные области применения описаны ниже. TSL245 генерирует выходной сигнал в ответ на окружающий свет, попадающий на IC1, и этот выходной сигнал через C1, R1 и R2 подключается к входу ИС усилителя мощности звука LM386. Более высокие частоты избегаются C3 и направляются на землю.
Небольшой 4-омный динамик работает от усилителя. Если вы помашете рукой над TSL245, выходная частота генератора уменьшится, если вы захотите уменьшить ее (или высоту тона). Когда вы полностью блокируете свет рукой или другим непрозрачным предметом, звук уменьшится до самой низкой частоты.
Преобразователь света в частоту с использованием IC 555
Аналогичная схема может быть получена с использованием IC 555, подключенного в нестабильном режиме с заменой одного из резисторов LDR, как показано ниже:
Конденсатор C1 можно заменить конденсатором других номиналов для получения других наборов частотных диапазонов в соответствии со спецификациями приложения.
Контакт 3 IC 555 можно интегрировать в любую внешнюю нагрузку или схему. В случае, если требуется TTL-совместимый выход, обязательно подайте на IC 555 точное напряжение 5 В.
A Базовый преобразователь напряжения в частоту
— Реклама —
Проверенный способ отправки аналогового сигнала на большое расстояние — передача сигнала в виде частоты с помощью преобразователя напряжения в частоту (VFC) — специальной схемы, выходной сигнал которой представляет собой частоту, пропорциональную входному напряжению.
В принципе относительно легко передать частотный сигнал по длинному пути передачи без помех по оптическим, коаксиальным или радиоканалам. Затем частота снова преобразуется в аналоговое напряжение с помощью FVC, который обычно предназначен для выполнения своей обратной функции, часто с использованием контура фазовой автоподстройки частоты (PLL). Блок-схема проекта представлена на рис.
1.
Посмотреть это видео на YouTube
– Реклама –
В этом проекте используется необычный подход к проектированию и созданию модуля VFC уровня хобби с использованием нескольких легкодоступных и недорогих электронных компонентов. Авторская схема модуля VFC, распаянного на макетной плате, представлена на рис. 2.
Рис. 2: Авторская схема на макетной платеПринципиальная схема модуля VFC представлена на рис. источник питания абсолютно необходим для работы этой схемы VFC. Сердцем схемы является почтенная микромощная КМОП-микросхема с фазовой автоподстройкой частоты HEF4046B.
HEF4046B (IC1) включает в себя подсистему VCO в дополнение к фазовым компараторам и другим элементам. Он может генерировать прямоугольную волну с рабочим циклом 50%. Частота достаточно близка к диапазону 0 Гц-1 кГц, который сдерживается конденсатором 100 нФ (C1) и резистором 10 кОм (R1).
Выход доступен на контакте 4 на CON3. Вход напряжения для VCO на контакте 9 (SEN) подключен к CON1. CON2 используется для подключения источника питания 5В.
Кстати, есть возможность добавить резистор смещения между контактом 12 и GND. Резистор смещения должен быть больше, чем резистор выбора частоты R1, но в противном случае он может быть бесконечным.
Все, что нам нужно, это простой источник переменного напряжения, чтобы протестировать его. Для этого можно подключить линейный потенциометр 100k (VR1), как показано на схеме. И затем, VR1 можно использовать для легкого изменения выходной частоты от 0 Гц до 1 кГц. На рис. 4 показан частотный выход на выводе 4, который можно увидеть на осциллографе.
Рис. 4: Частотный выход на контакте 4, показанный на осциллографеЕще несколько ключевых моментов, на которые стоит обратить внимание:
- Выход VCO на CON3 — это точка выхода модуля VFC.
- CON1 — это входной разъем 0–5 В постоянного тока модуля VFC.
- VR1 является необязательным компонентом, но полезно протестировать модуль VFC. Однако после построения и первоначального тестирования его следует удалить из установки.
- Светодиод 1 (красный/желтый) включен намеренно для обеспечения визуальной индикации выходного сигнала. Техническое описание NXP не включает конкретных номиналов для выхода VCO, но, похоже, не превышает ~10 мА. Поскольку HEF4046B на самом деле не предназначен для управления какой-либо значительной нагрузкой, LED1 также является необязательным компонентом.
- Поскольку вход напряжения (на контакте 9) микросхемы IC1 очень чувствителен, если он ни к чему не подключен, он может уловить помехи в сети и сильно изменить частоту. Добавление соответствующего конденсатора (C2) может решить эту проблему, полезно это или нет, зависит от вас.
Теперь давайте сделаем то, что нельзя было сделать с помощью потенциометра в качестве элемента управления частотой, а именно управление частотой ГУН через аналоговый датчик! Для этого следуйте схеме, показанной на рис.
5, где общий LDR GL5528 (https://pi.gate.ac.uk/pages/airpi-files/PD0001.pdf) подключен к входу напряжения IC1. как аналоговый датчик.
| Список деталей | |
| Полупроводники: | |
| IC1 | – IC | фазовой автоподстройки частоты HEF4046B
| Светодиод1 | – светодиод 5 мм |
| Резисторы (все 1/4 Вт, ±5% углерода): | |
| Р1 | – 10 кОм |
| Р2 | – 1 кОм |
| ВР1 | – потенциометр на 100 кОм |
| Конденсаторы: | |
| С1, С2 | – диск 100 нФ |
| Разное: | |
| КОН1-КОН3 | – 2-контактный разъем |
| – Макет | |
| Полупроводники: | |
| ИК2 | – HEF4046B IC 9 фазовой автоподстройки частоты0165 |
| Светодиод2 | – светодиод 5 мм |
| Резисторы (все 1/4 Вт, ±5% углерода): | |
| Р3 | – 10 кОм |
| Р4 | – 1 кОм |
| ВР2 | – потенциометр на 100 кОм |
| Конденсаторы: | |
| С1, С2 | – диск 100 нФ |
| Разное: | |
| КОН4-КОН5 | – 2-контактный разъем |
| – Макет | |
| – ЛДР GL5528 | |
5 Circuit"}”> Опция для Рис. 5 Цепь Здесь фоторезистор (LDR1) и потенциометр (VR2) вместе образуют делитель потенциала, так что выходная частота изменяется от 0 Гц (полная темнота) до 1 кГц (сильный свет) в зависимости от интенсивности света.
попадающие на фоторезистор (см. осциллограмму ниже). Другой тип аналогового датчика, который можно здесь использовать, — термистор; тогда частота будет зависеть от температуры.
Тем не менее, настройка аналогового датчика имеет примерно ту же функциональность, что и генератор, управляемый напряжением, настраиваемый потенциометром. Однако в настоящее время VR2 не играет решающей роли, поэтому его можно заменить постоянным резистором на 100 кОм. (Это довольно просто, если вы знаете, что делаете.) На рис. 6 показан модуль VFC с LDR (дополнительно), подключенный к макетной плате.
Рис. 6: Модуль VFC с использованием LDR, подключенный к макетной плате EFY, примечание. Это всего лишь концепция дизайна грубого модуля VFC уровня хобби. На самом деле реальная схема VFC несколько отличается от этой. Имейте в виду, что VFC — это особый тип ГУН, разработанный для очень линейной работы в широком диапазоне входных напряжений, и он обладает многими преимуществами и улучшенными характеристиками, которых нет у ГУН.
