電壓頻率與頻率電壓轉(zhuǎn)換電路_百度文庫

1、電壓頻率 與 頻率電壓 轉(zhuǎn) 換 電 路2011年8月24日目錄：摘要： 3Abstract: 3一、設(shè)計(jì)方案 4（一）、電壓頻率轉(zhuǎn)換電路 41.基于555定時器的電壓頻率轉(zhuǎn)換： 42.基于LM331的電壓頻率轉(zhuǎn)換： 5（二）、頻率電壓轉(zhuǎn)換電路 61.基于LM2907的頻率電壓轉(zhuǎn)換： 62.基于LM331的頻率電壓轉(zhuǎn)換 6二、主體電路設(shè)計(jì) 9三、電路安裝 10（一）、電壓頻率轉(zhuǎn)換電路 10（二）、頻率電壓轉(zhuǎn)換電路 11四、系統(tǒng)調(diào)試： 11（一）VFC: 11（二）FVC： 12摘要：本系統(tǒng)利用了LM331的原理及性能設(shè)計(jì)了頻率電壓以及電壓頻率轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn)了0Hz-10kHz頻率與010V電壓的

2、相互轉(zhuǎn)換，電路簡單，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 a

3、nd result have good linearity.Key-word: LM331 frequency voltage transformation filter一、設(shè)計(jì)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)部放電晶體管打開，C1的電壓回到VCC的1/3，比較器的低閾值。到電

4、壓的1/3處，放電晶體管關(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?yàn)榉烹姇r間小于充電時間，下面的公式計(jì)算了輸出頻率：f out = Vin / (P1 + R1 × C1 × 1/3 VCC。P1校準(zhǔn)了輸出頻率和輸入電壓的關(guān)系。因?yàn)榉烹姇r間約為30µs，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(diǎn)-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

5、應(yīng)該具有低耗散的特點(diǎn)。如果R1具有低溫度系數(shù)，P1為多匝金屬陶瓷電位計(jì)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01Hz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40V40V之間，輸出可高達(dá)40V，而且可以防止VCC短路。輸出頻率計(jì)算：該轉(zhuǎn)換電路線性良好，抗干擾能力強(qiáng)，輸出范圍在1

6、0Hz10kHz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1.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網(wǎng)絡(luò)；以地為參考點(diǎn)的轉(zhuǎn)速計(jì)（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(jì)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 利用這個特性可以抑制外界干擾；輸

7、出電壓與輸入頻率成正比，線性度典型值為.；具有保護(hù)電路，不會受高于值或低于地參考點(diǎn)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。2.基于LM331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,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，=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

8、與腳接通，使CL充電，VCL按線性增大（因?yàn)槭呛懔髟磳L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）， =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i×（1.1RtCt）×fiCL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=I×（1.1RtCt）×fi×RL式中I是恒流電流，I=1.90V/RS式中

9、1.90V是LM331內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓（即2腳上的電壓）。于是得可見，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10A500A范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，故RS可在190k3.8 k范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。一般RS在10k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(jì)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、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。L

10、M331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。 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(V1 2345678910 輸出頻率(Hz990 2000303040655000609870428065909110000（二）FVC：輸入頻率（Hz）：877.9216229974130478754726068701579979040輸出電壓（V）0.9642.3763.2