電壓頻率與頻率電壓轉(zhuǎn)換電路

1、電壓頻率與頻率電壓轉(zhuǎn)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(shè)計方案3 HYPERLINK l bookmark21 o Current Document （一）、電壓頻率轉(zhuǎn)換電路3基于555定時器的電壓頻率轉(zhuǎn)換： 3基于LM331的電壓頻率轉(zhuǎn)換：4 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document （二）、頻率電壓轉(zhuǎn)換電路5基于LM290

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

3、單，轉(zhuǎn)換 結(jié)果線性度好。關(guān)鍵字：LM331 頻率 電壓 轉(zhuǎn)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(shè)計方案（一）、電壓頻率轉(zhuǎn)換電路1.基于555定時器的電壓頻率轉(zhuǎn)換:通過給NE555增加一些器件，可以構(gòu)造電壓頻率轉(zhuǎn)換器。電路包括NE555定時器和基于TL071的Miller積分器（圖1）。應(yīng)用中輸入電壓為0到-10V，產(chǎn)生0到1000Hz 的輸出頻率范圍。C1的電流為輸入電壓的函數(shù)：Ic= Vin/（P1+R1）。C1的電壓達(dá)到VCC的2/3時，定時器的內(nèi)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(guān)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(shù)。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(zhǔn)了輸出頻率和輸入電壓的關(guān)系。因為放電時間約為303，電壓頻率轉(zhuǎn)換的 精度隨頻率的增加而降低。如果設(shè)定100H z為-1V，1000Hz為-10V，轉(zhuǎn)換范圍的誤差為 0.3到3%。如果使用P1校準(zhǔn)輸入電壓范圍中點-5V的輸出頻率，那么整個范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)換 誤差小于1.3%。為改進(jìn)性能，C1應(yīng)該具有低耗散的特點。如果R1具有

6、低溫度系數(shù)，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(zhuǎn)換：LM331是美國NS公司生產(chǎn)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(tài)范圍寬達(dá)100dB，工作頻率低到0.1Hz時尚有較好的線性 度，數(shù)字分辨率達(dá)12位。LM331的輸出驅(qū)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(dá)40V，而且可以防止VCC 短路。輸出頻率計算：該轉(zhuǎn)換電路線性良好，抗干擾能力強(qiáng)，輸出范圍在10Hz10kHz

7、以上，有利于提高 系統(tǒng)的測量范圍。（二）、頻率電壓轉(zhuǎn)換電路基于LM2907的頻率電壓轉(zhuǎn)換：LM2907為集成式頻率/電壓轉(zhuǎn)換器，芯片中包含了比較器、充電泵、高增益運(yùn)算 放大器，能將頻率信號轉(zhuǎn)換為直流電壓信號。LM2917與LM2907基本相同，區(qū)別是： LM2917內(nèi)部有一只穩(wěn)壓管，用于提高電源的穩(wěn)定性。LM2917進(jìn)行頻率倍增時只需使 用一個RC網(wǎng)絡(luò)；以地為參考點的轉(zhuǎn)速計（頻率）輸入可直接從輸入管腳接入；運(yùn)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(qū)動開關(guān)管、發(fā)光 二極管等；內(nèi)含的轉(zhuǎn)速計使用充電泵技術(shù)，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(hù)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(jù)外圍電路自行調(diào)節(jié)；當(dāng)輸入頻率 達(dá)到或超過某一給定值時，可將輸出用于驅(qū)動繼電器、指示燈等負(fù)載?；贚M331的頻率電壓轉(zhuǎn)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(jié)合看圖5-1-2所示的波形）如下：當(dāng)輸入負(fù)脈沖到達(dá)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(jīng)Rt充電，其上電壓

9、VCt按指數(shù)規(guī)律增大。與 此同時，電流開關(guān)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(jīng)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(jīng)過1.1RtCt的時間返回到Ct、CL放電。以后就重復(fù)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(fù)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(dāng)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(nèi)部的基準(zhǔn)電壓（即2腳上的電壓）。V = 2.09 lR C f于是得 Rs 可見，當(dāng)RS、Rt、Ct、RL 一定時，Vo正比于fi，顯然，要使Vo與fi之間的關(guān)系保 持精確、穩(wěn)定，則上述元件應(yīng)選用高精度、高穩(wěn)定性的。對于一定的fi，要使Vo為一定植，可調(diào)節(jié)RS的大小。恒流源電流I允許在10A500% 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，故RS可在190k。3.8 kQ范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。一般RS在10kQ左 右取用。本系統(tǒng)采用基于LM331制作的V/F和F/V轉(zhuǎn)換。二、主體電路設(shè)計芯片簡介LM331是美國NS公司生產(chǎn)的性能價格比比較高的集成芯片。它是當(dāng)前最簡單的一 種高精度V/F轉(zhuǎn)換器

11、、A/D轉(zhuǎn)換器、線性頻率調(diào)制解調(diào)、長時間積分器以及其它相關(guān)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(nèi)部相當(dāng)于脈沖恒流源，脈 沖寬度與內(nèi)部單穩(wěn)態(tài)電路相同；腳2為輸出端脈沖電流幅度調(diào)節(jié),RS越小，輸出電流越 大；腳3為脈沖電壓輸出端,OC門結(jié)構(gòu)，輸出脈沖寬度及相位同單穩(wěn)態(tài),不用時可懸空 或接地；腳4為地；腳5為單穩(wěn)態(tài)外接定時時間常數(shù)RC ;腳6為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖輸 入端,低于腳7電壓觸發(fā)有效，要求輸入負(fù)脈沖寬度小于單穩(wěn)態(tài)輸出脈沖寬度Tw ;腳7 為比較器基準(zhǔn)電壓，用于設(shè)置輸入脈沖的有效觸發(fā)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(shù)字分辨率可達(dá)12位；外接電路簡單，只需接入幾個外部 元件就可方便構(gòu)成V/ F或F/ V變換電路，并且容易保證轉(zhuǎn)換精度。8能隙電源及內(nèi)部偏置三、電路安裝（一）、電壓頻率轉(zhuǎn)換電路(二)、頻率電壓轉(zhuǎn)換電路四、系統(tǒng)調(diào)試:(一)VFC:輸入電壓(V)12345678910輸出頻率(Hz)9902000303040655000609870428065909110000（二）FVC：輸入頻率（Hz）：877.92162299741304787547260687015799790