電壓-頻率變換器LM331LM331是美國NS公司生產的性能價格比較高的集成芯片。LM331可用作精密的頻率電壓（F/V）轉換器、A/D轉換器、線性頻率調制解調、長時間積分器以及其他相關的器件。LM331為雙列直插式8腳芯片，其引腳圖* jgsa框圖如圖3所示。LM331內部有（1）輸入比較電路、（2）定時比較電路、（3）R-S觸發電路、（4）復零晶體管、（5）輸出驅動管、（6）能隙基準電路、（7）精密電流源電路、（8）電流開關、（9）輸出保護點路等部分。輸出管采用集電極開路形式，因此可以通過選擇邏輯電流和外接電阻，靈活改變輸出脈沖的邏輯電平，從而適應TTL、DTL和CMOS等不同的邏輯電路。此外，LM331可采用單/雙電源供電，電壓范圍為4?40V,輸出也高達40V。引腳1（PIN1）為電流源輸出端，在f（PIN3）輸出邏輯低電平時，電流源I口輸出對電容充電。引腳2（PIN2）為增益調整，改變Rs的值可調節電路轉換增益的大小。引腳3（PIN3）為頻率輸出端，為邏輯低電平，脈沖寬度由氣和Ct決定。引腳4（PIN4）為電源地。引腳5（PIN5）為定時比較器正相輸入端。引腳6（PIN6）為輸入比較器反相輸入端。引腳7（PIN7）為輸入比較器正相輸入端。引腳8（PIN8）為電源正端。LM331頻率電壓轉換器V/F變換和F/V變換采用集成塊LM331，LM331是美國NS公司生產的性能價格比較高的集成芯片，可用作精密頻率電壓轉換器用。LM331采用了新的溫度補償能隙基準電路，在整個工作溫度范圍內和低到4.0V電源電壓下都有極高的精度。同時它動態范圍寬，可達1OOdB；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等變換電路，并且容易保證轉換精度。圖2是由LM331組成的電壓頻率變換電路，LM331內部由輸入比較器、定時比較器、R—S觸發器、輸出驅動、復零晶體管、能隙基準電路和電流開關等部分組成。輸出驅動管采用集電極開路形式，因而可以通過選擇邏輯電流和外接電阻，靈活改變輸出脈沖的邏輯電平，以適配TTL、DTL和CMOS等不同的邏輯電路。當輸入端Vi+輸入一正電壓時，輸入比較器輸出高電平，使R—S觸發器置位，輸出高電平，輸出驅動管導通，輸出端fO為邏輯低電平，同時電源Vcc也通過電阻R2對電容C2充電。當電容C2兩端充電電壓大于Vcc的2/3時，定時比較器輸出一高電平，使R—S觸發器復位，輸出低電平，輸出驅動管截止，輸出端fO為邏輯高電平，同時，復零晶體管導通，電容C2通過復零晶體管迅速放電；電子開關使電容C3對電阻R3放電。當電容C3放電電壓等于輸入電壓Vi時，輸入比較器再次輸出高電平，使R—S觸發器置位，如此反復循環，構成自激振蕩。輸出脈沖頻率fO與輸入電壓Vi成正比，從而實現了電壓一頻率變換。其輸入電壓和輸出頻率的關系為：fo=(VinXR4)/(2.09XR3XR2XC2) 由式知電阻R2、R3、R4、和C2直接影響轉換結果fO，因此對元件的精度要有一定的要求，可根據轉換精度適當選擇。電阻R1和電容C1組成低通濾波器，可減少輸入電壓中的干擾脈沖，有利于提高轉換精度。同樣，由LM331也可構成頻率一電壓轉換電路。LM331壓頻變換器的原理及應用摘要：介紹了集成電路LM331的結構和特點，分析了V/F和F/V電路的工作原理。同時也給出了一些應用的例子。關鍵詞：電壓一頻率變換；頻率一電壓變換；LM331概述

LM331是美國NS公司生產的性能價格比較高的集成芯片，可用作精密頻率電壓轉換器、A/D轉換器、線性頻率調制解調、長時間積分器及其他相關器件。LM331采用了新的溫度補償能隙基準電路，在整個工作溫度范圍內和低到4.0V電源電壓下都有極高的精度。LM331的動態范圍寬，可達100dB；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等變換電路，工作原理2.1電壓一頻率變換器圖2是由LM331組成的電壓椘德時浠壞緶貳M飩擁繾鍾t、c和定時比較器、復零晶體管、R-S觸發器等構成單t古i*1古i*1F口J*—「s—l?rH穩定時電路。當輸入端Vi+輸入一正電壓時，輸入比較器輸出高電平，使R—S觸發器置位，Q輸出高電平，輸出驅動管導通，輸出端f為邏輯低電平，同時，電流開關打向右邊，電流源Ir對電容CL充電。此時由于復零晶體管截止，電源Vcc也通過電阻R對電容C充電。當電容C兩端充電電壓大于Vcc的2/3時，定時比較器輸t t t出一高電平，使R-S觸發器復位，Q輸出低電平，輸出驅動管截止，輸出端f為邏輯高電平，稅0同時，復零晶體管導通，電容Ct通過復零晶體管迅速放電；電流開關打向左邊，電容Cl對電阻RL放電。當電容CL放電電壓等于輸入電壓Vi時，輸入比較器再次輸出高電平，使R-S觸發器’Wk」沖置位，如此反復循環，構成自激振蕩。圖3畫出了電容C「C1充放電和輸出脈沖f0的波形。設電容CL的充電時間為放電時間為t,貝I」根據電容C上電荷平衡的原理，我們有:2 L(I-V/R)t=tV/RRLL1 2LL從上式可得:

fO=l/(t+t)=V/(RIt)1 2LLR1實際上，該電路的VL在很少的范圍內(大約1OmV)波動，因此，可認％V=V,故上式可以表示為：Ltf==V/(RIt)0tLR1可見，輸出脈沖頻率f與輸入電壓V成正比，從而實現了電壓一頻率變換。式中I由內部基準電壓源供給的1.90VTOC\o"1-5"\h\z0 i R參考電壓和外接電阻R決定，I=1.90/Rs，改變R的值，可調節電路的轉換增益，t由定時元件R和C決定，其關系s R s 1 t t是七=1.1RC，典型值R=6.8kQ,C=0.01uF，t=7.5us。1 tt t t 1由f=V/(RIt)可知，電阻R、R、R和電容C直接影響轉換結果f,因此對元件的精度要有一定的要求，可根據0iLR slt t 0轉換精度適當選擇。電容C1對轉換結果雖然沒有直接的影響。但應選擇漏電流小的電容器。電阻R1和電容C1組成低￥.rrBIT￡l1TWhHbflffli BIT￡l1TWhHbflffli F/V電崎田2.2頻率一電壓變換器由LM331構成的頻率一電壓轉換電路如圖4所示，輸入脈沖f經R1、C1組成的微分電路加到輸入比較器的反相輸i入端。輸入比較器的同相輸入端經電阻R2、R3分壓而加有約2Vcc/3的直流電壓，反相輸入端經電阻R1加有Vcc的直流電壓。當輸入脈沖的下降沿到來時，經微分電路Rl、C1產生一負尖脈沖疊加到反相輸入端的VCC上，當負向尖脈沖大于Vcc/3時，輸入比較器輸出高電平使觸發器置位，此時電流開關打向右邊，電流源I對電容C充電，同時因復零晶體管截止而使電源Vcc通過電阻R對電容C充電。當電容R L t tC兩端電壓達到2Vcc/3時，定時比較器輸出高電平使觸發器復位，此時電流開關打向左邊，電容C通過電阻R放電,L L L同時，復零晶體管導通，定時電容C迅速放電，完成一次充放電過程。此后，每當輸入脈沖的下降沿到來時，電路重t復上述的工作過程。從前面的分析可知，電容C的充電時間由定時電路R、C決定，充電電流的大小由電流源IR決定,L tt輸入脈沖的頻率越高，電容C上積累的電荷就越多輸出電壓(電容C兩端的電壓)就越高，實現了頻率一電壓的變換。L L按照前面推導V/F表達式的方法，可得到輸出電壓V與f的關系為:也S血囪由也S血囪由V=2.09RRCf/RO lttis電容C1的選擇不宜太小，要保證輸入脈沖經微分后有足夠的幅度來觸發輸入比較器，但電容C1小些有利于提高轉換電路的抗干擾能力。電阻Rl和電容CL組成低通濾波器。電容CL大些,輸出電壓V的紋波會小些，電容c小些，當輸入脈沖頻率變化時，輸出響應會快些。這些因素在實際運用時要綜合考O L慮。應用圖5為由兩塊LM331組成的遙測電路。在人員不能進入或不易進入的場合，通過傳感器將被測量轉換為電壓，經運算放大器放大為0?10V電壓信號，由LM331進行V/F變換為脈沖信號，通過長雙絞線傳輸到測量室，在測量室內通過光電耦合器轉換為幅度穩定的脈沖電壓，此脈沖電壓再經LM331進行F/V變換為電壓進行測量，從而可避免直接導線連接到測量室而造成的線路衰減或干擾，提高測量精度。當前，12位以上的A/D轉換器的價格仍較昂貴，用V/F