1、電壓頻率與頻率電壓轉換電路2011年8月24日目錄： TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 摘要：2 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document Abstract:2一、設計方案3 HYPERLINK l bookmark21 o Current Document （一）、電壓頻率轉換電路3基于555定時器的電壓頻率轉換： 3基于LM331的電壓頻率轉換：4 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document （二）、頻率電壓轉換電路5基于LM290

2、7的頻率電壓轉換： 5基于LM331的頻率電壓轉換5 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 二、主體電路設計8三、電路安裝9（一）、電壓頻率轉換電路 9 HYPERLINK l bookmark39 o Current Document （二）、頻率電壓轉換電路 10四、系統調試：10（一）VFC:10 HYPERLINK l bookmark47 o Current Document （二）FVC： 11摘要：本系統利用了 LM331的原理及性能設計了頻率電壓以及電壓頻率轉換 電路，實現了 0Hz-10kHz頻率與0-10V電壓的相互轉換，電路簡

3、單，轉換 結果線性度好。關鍵字：LM331 頻率 電壓 轉換 濾波Abstract:The system uses the principle and characteristic of LM331 to design the frequency-to-voltage and the voltage-to- frequency conversion circuits, realizes the frequency of 0Hz-10kHz and the voltage of 0 - 10Vs transformation , the circuits are simple and resul

4、t have good linearity.Key-word:LM331 frequency voltage transformation filter、設計方案（一）、電壓頻率轉換電路1.基于555定時器的電壓頻率轉換:通過給NE555增加一些器件，可以構造電壓頻率轉換器。電路包括NE555定時器和基于TL071的Miller積分器（圖1）。應用中輸入電壓為0到-10V，產生0到1000Hz 的輸出頻率范圍。C1的電流為輸入電壓的函數：Ic= Vin/（P1+R1）。C1的電壓達到VCC的2/3時，定時器的內部放電品體管打開，C1的電壓回到VCC 的1/3,比較器的低閾值。到電壓的1/3處，

5、放電品體管關閉，C1再次開始充電。C1充 電時，NE555的輸出為高，而C1放電時，NE555的輸出為低。輸入電壓和C1充電時間 的乘積為常數。因為放電時間小于充電時間，下面的公式計算了輸出頻率：f out = Vin / (P1 + R1) X C1 X 1/3 VCC。P1校準了輸出頻率和輸入電壓的關系。因為放電時間約為303，電壓頻率轉換的 精度隨頻率的增加而降低。如果設定100H z為-1V，1000Hz為-10V，轉換范圍的誤差為 0.3到3%。如果使用P1校準輸入電壓范圍中點-5V的輸出頻率，那么整個范圍內的轉換 誤差小于1.3%。為改進性能，C1應該具有低耗散的特點。如果R1具有

6、低溫度系數，P 1為多匝金屬陶瓷電位計的話，可以減少溫度影響。2.基于LM331的電壓頻率轉換：LM331是美國NS公司生產的性能價格比高、外圍電路簡單、可單電源供電、低功 耗的集成電路。LM331動態范圍寬達100dB，工作頻率低到0.1Hz時尚有較好的線性 度，數字分辨率達12位。LM331的輸出驅動器采用集電極開路形式，因此可通過選擇 邏輯電流和外接電阻來靈活改變輸出脈沖的邏輯電平，以適配TTL、DTL和CMOS等不 同邏輯電路。LM331可工作在4. 0V40V之間，輸出可高達40V，而且可以防止VCC 短路。輸出頻率計算：該轉換電路線性良好，抗干擾能力強，輸出范圍在10Hz10kHz

7、以上，有利于提高 系統的測量范圍。（二）、頻率電壓轉換電路基于LM2907的頻率電壓轉換：LM2907為集成式頻率/電壓轉換器，芯片中包含了比較器、充電泵、高增益運算 放大器，能將頻率信號轉換為直流電壓信號。LM2917與LM2907基本相同，區別是： LM2917內部有一只穩壓管，用于提高電源的穩定性。LM2917進行頻率倍增時只需使 用一個RC網絡；以地為參考點的轉速計（頻率）輸入可直接從輸入管腳接入；運算 放大器/比較器采用浮動三極管輸出；最大50mA的輸出電流可驅動開關管、發光 二極管等；內含的轉速計使用充電泵技術，對低紋波有頻率倍增功能；比較器的滯后 電壓為3 0mV 利用這個特性可

8、以抑制外界干擾；輸出電壓與輸入頻率成正比，線 性度典型值為0.3% ；具有保護電路，不會受高于Vcc值或低于地參考點輸入信號 的損傷；在零頻率輸入時，LM2907的輸出電壓可根據外圍電路自行調節；當輸入頻率 達到或超過某一給定值時，可將輸出用于驅動繼電器、指示燈等負載。基于LM331的頻率電壓轉換LM331用作FVC時的原理框如圖所示.此時,腳是輸出端（恒流源輸出）,6腳為輸入端（輸入脈沖鏈），腳接比較電平.工作過程（結合看圖5-1-2所示的波形）如下：當輸入負脈沖到達時，由于腳電平低于腳電平，所以S=1（高電平），Q =0 （低電 平）。此時放電管T截止，于是Ct由VCC經Rt充電，其上電壓

9、VCt按指數規律增大。與 此同時，電流開關S使恒流源I與腳接通，使CL充電，VCL按線性增大（因為是恒流 源對CL充電）。經過1.1RtCt的時間，VCt增大到2/3VCC時，則R有效（R=1, S=0）, Q =0, Ct、CL再次充電。然后，又經過1.1RtCt的時間返回到Ct、CL放電。以后就重復上面的過程，于是在RL上就得到一個直流電壓Vo （這與電源的整流濾 波原理類似），并且Vo與輸入脈沖的重復頻率fi成正比。CL的平均充電電流為iX（1.1RtCt）XfiCL的平均放電電流為Vo/RL當CL充放電平均電流平衡時，得Vo=IX（1.1RtCt）XfiXRL式中I是恒流電流，I=1.

10、90V/RS式中1.90V是LM331內部的基準電壓（即2腳上的電壓）。V = 2.09 lR C f于是得 Rs 可見，當RS、Rt、Ct、RL 一定時，Vo正比于fi，顯然，要使Vo與fi之間的關系保 持精確、穩定，則上述元件應選用高精度、高穩定性的。對于一定的fi，要使Vo為一定植，可調節RS的大小。恒流源電流I允許在10A500% 范圍內調節，故RS可在190k。3.8 kQ范圍內調節。一般RS在10kQ左 右取用。本系統采用基于LM331制作的V/F和F/V轉換。二、主體電路設計芯片簡介LM331是美國NS公司生產的性能價格比比較高的集成芯片。它是當前最簡單的一 種高精度V/F轉換器

11、、A/D轉換器、線性頻率調制解調、長時間積分器以及其它相關的 器件。LM331為雙列直插式8引腳芯片，其引腳框圖如圖1所示。LM331各引腳功能說明如下：腳1為脈沖電流輸出端，內部相當于脈沖恒流源，脈 沖寬度與內部單穩態電路相同；腳2為輸出端脈沖電流幅度調節,RS越小，輸出電流越 大；腳3為脈沖電壓輸出端,OC門結構，輸出脈沖寬度及相位同單穩態,不用時可懸空 或接地；腳4為地；腳5為單穩態外接定時時間常數RC ;腳6為單穩態觸發脈沖輸 入端,低于腳7電壓觸發有效，要求輸入負脈沖寬度小于單穩態輸出脈沖寬度Tw ;腳7 為比較器基準電壓，用于設置輸入脈沖的有效觸發電平高低；腳8為電源Vcc ,正常工 作電壓范圍為440V。線性度好，最大非線性失真小于0. 01 % ,工作頻率低到0. 1Hz時 尚有較好的線性;變換精度高數字分辨率可達12位；外接電路簡單，只需接入幾個外部 元件就可方便構成V/ F或F/ V變換電路，并且容易保證轉換精度。8能隙電源及內部偏置三、電路安裝（一）、電壓頻率轉換電路(二)、頻率電壓轉換電路四、系統調試:(一)VFC:輸入電壓(V)12345678910輸出頻率(Hz)9902000303040655000609870428065909110000（二）FVC：輸入頻率（Hz）：877.92162299741304787547260687015799790