Frequenz-Spannungs-Wandler

Frequenz-Spannungs-Wandler wandeln die Frequenz einer Wechselspannung oder eines digitalen Signales in eine frequenzabhängige oder sogar dazu proportionale Gleichspannung um.

Zur Frequenz-Spannungs-Umsetzung gibt es unter anderen folgende Möglichkeiten:

1. Verwendung eines Frequenzdemodulators (üblicherweise nicht als Frequenz-Spannungs-Wandler bezeichnet)
2. Hintereinanderschalten eines mit der Frequenz getriggerten Monoflops und eines Integrators
3. Benutzen eines Mikrocontrollers mit einem Steuerprogramm zur Frequenzzählung oder Bestimmung der Periodendauer und mit angeschlossenem Digital-Analog-Wandler
4. Betrieb eines Spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) in einer Phase-locked loop (PLL), die die Steuerfrequenz mit der Frequenz des VCO vergleicht: die Steuerspannung des VCO ist die gesuchte Analogspannung

Insbesondere für niedrige Frequenzen, zur Motorsteuerung oder in Frequenz- und Drehzahlmessern wird die Variante 2 benutzt.
Dabei wird die Steuerfrequenz zunächst auf einen Schwellwertschalter (Schmitt-Trigger) geleitet, um aus einer Sinusschwingung beziehungsweise nicht ausreichend steilen Schaltflanken ein exaktes Rechtecksignal zu gewinnen. Mit einer der Schaltflanken des Rechtecksignales wird ein Monoflop getriggert, dessen Schaltzeit unterhalb der kürzesten Periodendauer der Eingangsfrequenz liegt. Es entsteht ein pulsmoduliertes Signal, dessen duty cycle (Verhältnis Einschaltdauer zu Ausschaltdauer) ein Maß für die Eingangsfrequenz ist. Dieses digitale Signal wird auf einen Tiefpass (Integrator) geleitet, der daraus den arithmetischen Mittelwert bildet. Der Mittelwert ist ein analoges, von der Eingangsfrequenz abhängiges Signal.

Ein Nachteil dieses Verfahrens ist die Ausgangswelligkeit - soll sie möglichst klein sein, erhöht sich die Trägheit, da der Tiefpass eine wesentlich kleinere Grenzfrequenz besitzen muss als die Eingangsfrequenz. Abhilfe bietet ein Tiefpass höherer Ordnung.

Anwendung

• Drehzahlmesser, Tachometer, analog ausgebende Frequenzmesser
• Drehzahl- und Motorregelung (Signal von einem Inkrementalgeber oder vom Motor selbst)