PART16신호변환기(Signal Converter)
실험 3 :주파수-전압 변환회로(F/V Converter)
이론
주파수-전압 변환기(Frequency-Voltage Converter)란 입력된 주파수에 비례한 DC 전압출력으로 바꾸어 주는 회로를 말하며 그림 16-10는 DC~10KHz 까지 동작할 수 있는 F-V 콘버터이다. 그림 16-10에서 변환기는 입력 주파수 파형에 선형적으로 비례하는 출력전압을 발생한다. 비교기의 입력에서 FIN이 “0”이면 비교기 출력도 “0”이 되어 OP AMP의 가산접속 회로에 분배되고, 이 양은 번갈아 OP AMP의 출력에서 전압 펄스를 내는 피드백 저항을 통해 흐른다. RINT에 걸리는 콘덴서(CINT)는 이 펄스를 평균해서 입력 주파수에 선형적으로 비례하는 DC 전압으로 바꾸어 준다.
이 회로에서 입력 주파수와 출력 전압과의 관계는 다음과 같다.
![V_OUT=[V_REF∙C_REF∙R_INT ] F_IN](../image/part16/formal16.6.gif)
FIN의 변화에 대한 응답속도는 RINT와 CINT에 의해 결정되며 VOUT에 포함된 리플의 총합은 CINT와 입력 주파수에 반비례한다. CINT를 증가시키면 리플을 줄일 수 있는데 낮은 주파수에 대해서는 1μF~100μF가 아주 적절한 값이다. 이 회로를 단전원에서 동작시킬 때 VREF 전압은 OP AMP의 OFFSET입력 단자(+)와 SW에 연결된 VREF 단자와의 전압차에 의해 정해진다. 만약, 입력신호가 ±200㎷보다 작은 경우는 비교기(Comparator)가 이 신호를 인식하지 못 하므로 최소한 이 값보다 큰 입력을 가하여야 할 것이다. 또한, 입력 주파수를 최대 100kHz까지 사용하고자 한다면 RINT의 값을 100㏀보다 낮은 걸로 교체하면 될 것이다. 단극의 입력신호를 사용할 경우 그림 16-11과 같이 OFFSET 회로에서 사용한 저항회로와 같은 구성을 적용하거나 결합 콘덴서를 연결하여 사용할 수 있다.
f0와 f0/2는 F-V 모드에서는 일반적으로 사용하지 않는다. 만약, 이 출력에 버퍼를 부가회로로 연결하여 약간 응용한다면 f0는 입력 파형을 추종할 것이다. 단, f0는 FIN에 대해 3㎲ 지연되며, 회로에서 주파수 출력 f0의 한주기는 f0/2의 반주기가 될 것이다.
주파수-전압 변환 회로에 사용하는 IC는 TC9400으로 그림 16-11에 DC-10KHz F/V 변환기 회로를 나타냈다.
실험 과정
1. 실험을 위해 M-16이 회로-3을 이용한다.
2. 3a-3b, 3f-3g를 연결한 후 출력 전압이 0V가 되도록 R5를 조정한다.
3. 3a-3b에 입력신호의 주파수를 표 16-3과 같이 100Hz씩 증가시켰을 때의 출력전압을 측정하여 표의 해당란에 기록하고 입력 주파수와 출력 전압과의 선형성 여부를 검사한다. 이때, 입력 Level은 1V~3V 정도록 한다.
tab1실험 16-3.1 주파수-전압 변환(F/V Converter) 회로 (M16의 Circuit-3로 구성된다.)
1.결선 방법
1.회로 결선
M16의 Circuit-3에서 3f 단자와 3g 단자 간을 황색선으로 연결한다.
2.전원 결선은 내부적으로 연결되어 있다.
3.계측기 결선
전압계 결선(Freq. Input)
전면 패널의 Signal Input에서 A+ 단자와 Circuit-3의 3a 단자 간을 적색선으로 연결하고, A- 단자와 3b 단자 간을 흑색선을 연결한다.
전압계 결선(V-OUT)
전면 패널의 Multimeter에서 High 단자와 Circuit-3의 3h 단자 간을 적색선으로 연결하고, Low 단자와 3i 단자 간을 흑색선을 연결한다.
2.결선도
flash
3.측정 방법
- 1Offset을 조정한다
Touch LCD에서 dmm 을 선택하고 를 클릭한 다음, Circuit-3의 3a 단자와 3b 단자 간을 황색선으로 연결하고 출력전압이 0V가 되도록 조정한다.
- 2구형파 100Hz, 3Vrms를 출력한다.
Circuit-3의 3a 단자와 3b 단자 간을 황색선으로 연결된 것을 제거하고, 전면 패널의 Signal Output에 BNC 케이블을 연결하고 적색 리드선을 3a 단자에, 흑색 리드선을 3b 단자에 연결한다.
Touch LCD에서 Function Generator를 선택하고 Amplitude의 Range를 Amplitude를 를 클릭하여 31% amplitude 31% 로 조정한 다음, Frequency를 , Signal을 로 설정하고 을 클릭하여 출력 주파수를 회로에 인가한다.
Touch LCD에서 analog output 을 선택하고, Volt & Ampere Meter 탭을 클릭한 다음 CH A에서 , , 을 선택하여 100Hz의 출력 전압이 3Vrms인지 확인한다.
Touch LCDdmm 을 선택 한 후, 좌측 하단에 quick launch 를 클릭하고, function 창의 Frequency에서 100hz 의 를 클릭하여 주파수를 표16-3과 같이 100Hz씩 증가시켰을 때의 dmm 지시값인 출력전압을 측정하여 표의 해당란에 기록하고 입력 주파수와 출력 전압과의 선형성 여부를 검사한다
- 3 을 클릭하여 Circuit-3의 Freq. Input에 가해지는 주파수를 차단한다.
4.계산
1. 출력 전압을 다음 식에 의하여 계산하여 표 16-3 해당란에 기록한다.
Circuit-3 에서 RINT=R7, CREF=C2, VREF=-5V 임.
VOUT=[VREF∙CREF∙RINT]FIN
실험 결과 보고서
1. 실험 결과표
2. 검토 및 정리
1) 출력 전압을 계산하시오.
VOUT=[VREF∙CREF∙RINT/]FIN