基于LM331频率电压转换器电路设计

LM331压频变换器的原理及应用

LM331压频变换器的原理及应用1. 概述LM331是美国NS公司生产的性能价格比较高的集成芯片，可用作精密频率电压转换器、A/D转换器、线性频率调制解调、长时间积分器及其他相关器件。

LM331采用了新的温度补偿能隙基准电路，在整个工作温度范围内和低到4.0V电源电压下都有极高的精度。

LM331的动态范围宽，可达100dB；线性度好，最大非线性失真小于0.01％，工作频率低到0.1Hz时尚有较好的线性；变换精度高，数字分辨率可达12位；外接电路简单，只需接入几个外部元件就可方便构成V/F或F/V等变换电路，并且容易保证转换精度。

LM331的内部电路组成如图1所示。

由输入比较器、定时比较器、R－S触发器、输出驱动管、复零晶体管、能隙基准电路、精密电流源电路、电流开关、输出保护管等部分组成。

输出驱动管采用集电极开路形式，因而可以通过选择逻辑电流和外接电阻，灵活改变输出脉冲的逻辑电平，以适配TTL、DTL和CMOS等不同的逻辑电路。

LM331可采用双电源或单电源供电，可工作在4.0～40V之间，输出可高达40V，而且可以防止Vcc短路。

2. 工作原理2.1 电压—频率变换器图2是由LM331组成的电压椘德时浠坏缏贰Ｍ饨拥缱鑂t、Ct和定时比较器、复零晶体管、R－S触发器等构成单稳定时电路。

当输入端Vi＋输入一正电压时，输入比较器输出高电平，使R－S触发器置位，Q输出高电平，输出驱动管导通，输出端f0为逻辑低电平，同时，电流开关打向右边，电流源IR对电容CL充电。

此时由于复零晶体管截止，电源Vcc也通过电阻Rt对电容Ct充电。

当电容Ct两端充电电压大于Vcc的2/3时，定时比较器输出一高电平，使R－S触发器复位，Q输出低电平，输出驱动管截止，输出端f0为逻辑高电平，同时，复零晶体管导通，电容Ct通过复零晶体管迅速放电；电流开关打向左边，电容Cl对电阻RL放电。

当电容CL放电电压等于输入电压Vi时，输入比较器再次输出高电平，使R－S触发器置位，如此反复循环，构成自激振荡。

LM331 电压频率(VF)变换电路

SEOUL SEMICONDUCTOR CO., LTD.<060712> Rev. 0.1LB700DLB700DPART NO.BLUE OVAL LAMP LEDMODEL SPECIFICATIONS[Contents]1. Devices --------------------------------------------------2. Outline Dimensions -----------------------------------3. Absolute Maximum Ratings -------------------------4. Electro-Optical Characteristics ----------------------5. Reliability Tests ----------------------------------------6. Characteristic Diagrams ------------------------------7. Bin Code Description ---------------------------------8. Packing --------------------------------------------------9. Soldering Profile ---------------------------------------10. Reference ------------------------------------------------11. Precaution For Use -------------------------------------22345689121314SEOUL SEMICONDUCTOR CO., LTD.<060712> Rev. 0.1LB700D1. DEVICESColor DiffusionSourceLensPart NumberDice SourceColorBlueInGaNDiffused Blue LB700D 2. OUTLINE DEMENSIONSNotes : 1. All dimensions are in millimeters.2. Protruded epoxy is 1.0mm maximum.1.02.5±0.05MIN28.0MIN1.0CATHODEMAX1.0DETAIL+0.2-0.00.50.5±0.055.25±0.23.75±0.17.06±0.1XYSEOUL SEMICONDUCTOR CO., LTD.<060712> Rev. 0.1LB700D3. ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS (at T a = 25ºC)mW 125P D Power Dissipation V 5V R Reverse Voltage ºC260 ºC for 10 second 2T SSolder TemperatureºC -30 ~ 85T opr Operating Temperature mA 100I FP 1Forward Peak Pulse CurrentºC -40 ~ 100T stg Storage Temperature mA 30I F DC Forward Current UnitValueSymbolItemNotes : 1. t ≤0.1ms, D = 1/102. 3mm bellow seating planeSEOUL SEMICONDUCTOR CO., LTD.<060712> Rev. 0.1LB700D4. ELECTRO-OPTICAL CHARACTERISTICS (at I F = 20mA, T a = 25ºC)nm 476470464λdDominant Wavelength 5--500300V 4.03.6-V F Forward Voltage µA-I RReverse Current (at V R = 5V)Max.Typ.Min.deg.100/502θ½View AngleMcd I VLuminous Intensity 1UnitValueSymbolItemNote : 1. Luminous Intensity Tolerance ±10%SEOUL SEMICONDUCTOR CO., LTD.<060712> Rev. 0.1LB700D5. RELIABILITY TESTS0/221 time 1kV, 1.5k Ω; 100pFESD(Human Body Model)0/50100cyclesT a = -40ºC (30min) ~ 100º(30min)(Transfer time : 5sec, 1Cycle = 1hr)Thermal Shock 0/22100hrsT a = 85ºC, RH = 85%I F = 8mATemperature HumidityOperating0/221000hrs T a = 85ºC, RH = 85%Temperature HumidityStorage 0/221000hrs T a = -40ºC Low TemperatureStorage 0/221000hrs T a = 100ºC High TemperatureStorage 0/220/220/220/22Failures1 time T s = 255 ±5ºC, t = 10sec Resistance to solderingHeat 1000hrs T a = 85ºC, I F = 8mA High TemperatureOperating 1000hrsT a = -30ºC, I F = 20mALow TemperatureOperating 1000hrs T a = RT, I F = 30mA Life Test NoteConditionItem< Judging Criteria For Reliability Tests >LSL 2 X 0.5I VUSL X 2.0I R USL 1X 1.2V F Notes : 1. USL : Upper Standard Level 2. LSL : Lower Standard Level.SEOUL SEMICONDUCTOR CO., LTD.<060712> Rev. 0.1LB700D6. CHARACTERISTIC DIAGRAMSI F = f (V F ),T a = 25ºCI rel = f (θ), T a = 25ºCOff Axis Angle vs. Relative Intensity Forward Voltage vs. Forward Current2.4 2.6 2.83.0 3.2 3.4 3.6110100F o r w a r d C u r r e n t I F [m A ]Forward Voltage V F [V]-100-80-60-40-200204060801000.00.20.40.60.81.0Y XR e l a t i v e L u m i n o u s I n t e n s i t yOff Axis Angle [deg.]-40-20020406080100010203040F o r w a r d C u r r e n t I F [m A ]Ambient Temperature T a [oC]I V = f (I F ),T a = 25ºCI F = f (T a ), T a = 25ºCForward Current vs. Relative Intensity Ambient Temperature vs. Forward Current0510********0.00.40.81.21.6R e l a t i v e L u m i n o u s I n t e n s i t yForward Current I F [mA]SEOUL SEMICONDUCTOR CO., LTD.<060712> Rev. 0.1LB700D-40-200204060801000.50.60.70.80.91.01.11.21.3R e l a t i v e L u m i n u o s I n t e n s i t yAmbient Temperature T a [oC]I V /I V(25C)= f (T A ), I F = 20mA4005006007000.00.51.0R e l a t i v e L u m i n o u s I n t e n s i t yWavelength [nm]I rel = f ( λd), T A = 25ºC, I F = 20mA Wavelength vs. Relative Intensity Ambient Temperature vs. Relative IntensitySEOUL SEMICONDUCTOR CO., LTD.<060712> Rev. 0.1LB700D7. BIN CODE DESCRIPTION21TForward VoltageColor RanksIntensity BIN CODE800600U450300S 600450T Max.Min.BIN CODE Intensity (mcd) @ I F =20mA 3.23.00 4.03.843.63.42 3.83.63 3.43.21Max.Min.BIN CODE Forward Voltage (V) @ I F =20mA 47647024704641Max.Min.BIN CODE Dominant Wavelength (nm)@ I F =20mASEOUL SEMICONDUCTOR CO., LTD.<060712> Rev. 0.1LB700D8. PACKING(1) Antistatic poly vinyl bag apply Poly bag:5φLamp Series : 500pcs 3φLamp Series : 500pcs(2) Inner box structureBox : 2 poly bags(3) Outer box structure Box : 27 boxes485.0mm260mm315.0m m70m m170mm97.0m mLX000LXXXXQTY :pcsLOT : 200X.XX.XX XXXSEOUL SEMICONDUCTOR CO., LTDOOORANK1) Bulk PackingSEOUL SEMICONDUCTOR CO., LTD.<060712> Rev. 0.1LB700D2) Tapping Outline DimensionsH oPoW 1DoW 2WW oFP0±1.30±2.0φ4.0±0.55.0±0.512.7±0.312.7±0.59.0±0.51.0±0.513.0±0.318.0 +1.0W2DoW1F Wo Po W P Ho *Package Dimensions (unit : mm )-0.5 1 Box contain quantity.* Remark : Ho -users define.∗ 3φLamp Series : 3000pcs * 5φLamp Series : 2000pcsSEOUL SEMICONDUCTOR CO., LTD.<060712> Rev. 0.1LB700D 3) Forming Outline DimensionsDoPo PH H 1H o WW oW 1FW 2φ4.0±0.55.0±0.512.7±0.312.7±0.59.0±0.51.0±0.513.0±0.318.0 +1.0W1Do WoF WPo H1 *P Ho *W2H *Package Dimensions (unit : mm )-0.5 1 Box contain quantity.∗ 3φLamp Series : 2000pcs* 5φLamp Series : 1500pcs * Remark : H / Ho / H1-users define.SEOUL SEMICONDUCTOR CO., LTD.<060712> Rev. 0.1LB700D 9. SOLDERING PROFILE1) Wave Soldering Conditions / Profile•Preliminary heating to be at 85ºC(120 ºC max)for 20 seconds(60 seconds max).•Soldering heat to be at 235 ºC (260ºC max) for 5 seconds (10 seconds max.)•Soak time above 200 ºC is 5 seconds2) Hand Soldering conditions•Not more than 5 seconds at max. 300ºC, under Soldering iron.024681012141618202224262830323436050100150200250T e m p e r a t u r e [O C ]T im e [s ]PREHEAT 20s (30s Max)85 ºC(100 ºC max)PEAK5s (10s Max)235 ºC(260 ºC Max)Note : In case the soldered products are reused in soldering process, we don’t guarantee the products.SEOUL SEMICONDUCTOR CO., LTD.<060712> Rev. 0.1LB700D 10. PART NUMBERING SYSTEM*8***-******L CB A 76543211) Lamp LED initial2) ColorU: Ultra Violet, B : Blue (460~490nm), C : Cyan (490~510nm)T : True Green (510~540nm), G : Yellow-Green (540~580nm)Y : Yellow (580~600nm) O : Orange (600~620nm) R : Red (620~700nm)W : WhiteM : WarmI : Infrared 3) If the products have 2 or 3chipsGR : Green + Red ( according to wavelength), FL : Full color4) Outline type1 : 3x2(square),2 : 5x2(square),3 : Phi3,5 : Phi 5 ,6 : 3Phi Oval,7 : 5Phi Oval5) Half angle1: ~14O , 2: 15~24O , 3: 25~34O , 4: 35~44O , 5 : 45~54O …0 : more than 100O6) 1st Development according to a chip7) 2nd Development (other material)D : diffused C : colored Z : zener chip attached8) Stand off typeA, B, C : Bin cord description A: IV, B: WD C: VFSEOUL SEMICONDUCTOR CO., LTD.<060712> Rev. 0.1LB700D 11. PRECAUTION FOR USE1)In order to avoid the absorption of moisture, it is recommended to store in the dry box (or desiccators) with a desiccant . 2)In case of more than 1 week passed after opening or change color of indicator on desiccant components shall be dried 10-12Hr, at 60±5℃.3)In case of supposed the components is humid, shall be dried dip-solder just before, 12Hr at 80±5℃or 10Hr at 100±5℃.4)Any mechanical force or any excess vibration shall not be accepted to apply during cooling process to normal temp. after soldering.5)Quick cooling shall not be avoid.6)Components shall not be mounted on warped direction of PCB.7)Anti radioactive ray design is not considered for the products listed here in.8)This device should not be used in any type of fluid such as water, oil, organic solvent and etc. When washing is required, IPA should be used.9)When the LEDs are illuminating, operating current should be decided after considering the ambient maximum temperature.10)LEDs must be stored to maintain a clean atmosphere. If the LEDs are stored for 3 monthsor more after being shipped from SSC, a sealed container with a nitrogen atmosphere should be used for storage.11)The LEDs must be soldered within seven days after opening the moisture-proof packing.12)Repack unused products with anti-moisture packing, fold to close any opening and then store in a dry place.13)The appearance and specifications of the product may be modified for improvementwithout notice.。

LM331工作原理

LM331工作原理一、LM331内部电路图及各管脚定义图1 LM331内部电路图LM331内部有输入比较电路、定时比较电路、R-S触发电路、复零晶体管、输出驱动管、能隙基准电路、精密电流源电路、电子开关、复位晶体管等部分。

输出管采用集电极开路形式，因此可以通过选择逻辑电流和外接电阻，灵活改变输出脉冲的逻辑电平，从而适应TTL、DTL和CMOS等不同的逻辑电路。

此外，LM331可采用单/双电源供电，电压范围为4,40V，输出也高达40V。

下面就以以电压转换频率为例，介绍各引脚的作用，Ir(PIN1)为电流源输出端，在Fo(PIN3)输出逻辑低电平时，电流源，r输出对电容,L充电。

引脚2(PIN2)为增益调整，改变,,的值可调节电路转换增益的大小。

Fo(PIN3)为频率输出端，为逻辑低电平，脉冲宽度由,t 和,t决定。

引脚4(PIN4)为电源地。

引脚5(PIN5)为定时比较器正相输入端。

引脚6(PIN6)为输入比较器反相输入端。

引脚7(PIN7)为输入比较器正相输入端。

引脚8(PIN8)为电源正端。

二、LM331频率-电压转换工作原理图2 LM331的频率-电压转换原理图HFBR2412由光信号转为电信号，输出低电平到6N137的3脚，此时5V电压通过R14降压后，输入6N137的2脚使发光二极管发光，经片内光通道传到光敏二极管反向偏置的光敏管光照后导通，经电流-电压转换后送到与门的一个输入端，与门的另一个输入为使能端当使能端为高时与门输出高电平，经输出三极管反向后光电隔离器输出低电平。

脉冲信号由6脚输出，输出到C15与R15组成微分电路加到LM331的6脚，6脚使LM331内部输入比较器的反向输入端，7脚通过12V由R16、R19分压后到输入比较器的同向输入端。

当输入脉冲的下降沿到来时，经微分电路R1、C1产生一负尖脉冲叠加到反相输入端的上，当负向尖脉冲大于Vcc/3即4V 时，输入比较器输出高电平使内部的R-S触发器置位，此时电流开关打向右边，电流源通过LM331的1脚对电容C17充电，同时，复零晶体管导通，定时电容C16迅速放电，完成一次充放电过程。

lm331v-f转换电路工作原理

lm331v-f转换电路工作原理
LM331V-F是一款精密电压到频率转换器芯片。

其工作原理是
将输入的电压信号转换为与输入电压成正比的频率输出信号。

具体来说，当输入电压增加时，输出频率也会相应地增加；当输入电压减小时，输出频率也会相应地减小。

LM331V-F可以
实现非常精确的电压到频率的转换，具体的转换关系由芯片内部的电压对比器和计数器电路实现。

在LM331V-F芯片内部，电压对比器将输入电压与参考电压
进行比较，根据比较结果控制计数器电路的计数方向和计数速度。

计数器电路通过计数的增加或减少来改变输出频率。

当输入电压超过参考电压时，计数器开始计数，直到达到设定的计数上限时，输出频率达到最大值。

当输入电压低于参考电压时，计数器开始反向计数，直到达到计数下限时，输出频率达到最小值。

LM331V-F芯片可以通过外部元件配置参考电压和调整计数范围，以满足不同的应用需求。

同时，它还具有内置的线性度和稳定性调整电路，可以进行精确的校准和调节。

总之，LM331V-F是一款实现精确电压到频率转换的芯片，可
以广泛应用于测量、控制和信号处理等领域。

基于LM331的宽频频率_电压转换电路

图1系统结构框图分频电路F iF i1主控电路频率/电压转换电路V f1放大电路V 0*基金项目：国家自然科学基金资助项目（61162017）在智能测量系统及自适应信号处理系统中，经常需要将频率信号转换为电压信号或将电压信号转换为频率信号[1-4]。

但是由于频率/电压转换芯片自身性能的限制，所设计的频率/电压转换电路能转换的频率范围一般比较小，很难处理频率比较高的信号。

因此，为了解决这些问题，必须对频率/电压转换电路所允许输入信号的频率范围进行扩展。

现阶段实现宽频频率/电压转换电路的方法是直接利用宽频频率/电压转换芯片，例如ADI 公司生产的基于ΣΔ技术的频率/电压转换芯片AD7740、AD7741、AD652、AD654、AD650及ADVFC32等[5-6]。

但是这些芯片构成的频率/电压转换电路的允许频率范围最大也只有3MHz 左右，而且芯片的成本较高，构成的电路结构比较复杂，功耗较大。

本文提出了一种利用分频及放大原理对LM331的频率转换范围进行扩展的方法，设计了一种宽频频率/电压转换电路，解决了一般频率/电压转换芯片转换频率低的问题。

1硬件电路设计1.1系统框图基于LM331的宽频频率/电压转换电路的系统结构框图如图1所示，它由主控电路、分频电路、频率电压转换电路、放大电路四部分组成。

主控电路采用AT89S52单片机作为主控芯片；分频电路采用高速双D 型触发器、十进制同步加/减计数器、双4选1数据选择器来实现；频率/电压转换电路由频率/电压转换芯片LM331及一些电阻电容构成；放大电路由运算放大器、双向模拟开关及电阻网络来实现。

为了实现宽频频率电压转换，首先将整形后待处理信号经400分频后，由AT89S52单片机测量信号频率并选择合适的分频比，控制分频电路重新对整形后的信号基于LM331的宽频频率/电压转换电路*张维昭，马胜前，冉兴萍（西北师范大学物理与电子工程学院甘肃省原子分子物理与功能材料重点实验室，甘肃兰州730070）摘要：提出了一种利用分频电路和放大电路实现对LM331构成的频率/电压转换电路输入信号频率范围进行扩展的方法，实现了1kHz ～30MHz 信号的频率/电压转换。

LM331和555压频转换电路

目录摘要 (2)第一章压/频变换的目的、意义及要求 (3)1.1 压频变换的目的、意义 (3)1.2 压频变换的任务与要求 (3)第二章系统框图、方案的论证与选择 (4)2.1方案的论证与选择 (4)2.1.1 方案的论证 (4)2.1.2 方案的选择 (5)第三章电压频率转换方框原理图 (5)3.1 系统的方框图 (5)3.2 单元电路的设计 (5)3.2.1 积分电路的设计 (6)3.2.2 单稳态触发器的设计 (6)3.2.3 电子开关电路的设计 (7)3.2.4 恒流源的设计 (7)第四章电路的原理图、工作原理及参数的选择、计算 (7)4.1 电路的整体原理图 (7)4.2 电路的工作原理 (8)4.2 参数的选择、计算 (8)第五章电路的仿真 (9)第六章电路的系统框图、电路设计原理及参数计算 (11)6.1 电路的系统框图 (11)6.2 电路的设计原理及参算计算 (12)6.2. 1 LM331组成的压频转换器及其工作原理 (12)6.2. 2 电路的原理图及参数的计算 (13)第七章电路的组装与调试 (14)7.1 电路的仿真 (14)7.2 电路板的制作与焊接 (15)7.3 电路板的调试 (16)7.4 调试中出现的故障及解决的方法与技巧 (18)7.5 电路设计的优缺点及课题述心价值 (19)课设总结 (19)谢辞 (20)附件一 (21)附件二 (22)附件三 (23)参考文献 (24)摘要设计线性电压/频率转换电路，课设中使用了两种方法来设计。

第一：通过使用运算放大器和555定时器为核心器件，再利用其它外围电路来实现。

整个电路主要由积分电路模块、恒流模块、单稳态模块及电子开头模块这四个基本模块组成，本方案使用的器件价格便宜。

第二：使用LM331及其外围器件组成,该方案电路原理图结构简单，可调性强且精度高。

关键词：电压频率转换、线性、555定时器、运放、LM331第一章压/频变换的目的、意义及要求1.1 压频变换的目的、意义电压频率转换实质上是一种振荡频率随外加电压的变化而变化，通过输入电压控制输出频率，电压/频率变换电路的输出信号频率f0与输入电压成正比。

LM331工作原理

LM331工作原理一、LM331内部电路图及各管脚定义图1 LM331内部电路图LM331内部有输入比较电路、定时比较电路、R-S触发电路、复零晶体管、输出驱动管、能隙基准电路、精密电流源电路、电子开关、复位晶体管等部分。

输出管采用集电极开路形式，因此可以通过选择逻辑电流和外接电阻，灵活改变输出脉冲的逻辑电平，从而适应TTL、DTL和CMOS等不同的逻辑电路。

此外，LM331可采用单/双电源供电，电压范围为4～40V，输出也高达40V。

下面就以以电压转换频率为例，介绍各引脚的作用，Ir（PIN1）为电流源输出端，在Fo（PIN3）输出逻辑低电平时，电流源Ｉr输出对电容ＣL充电。

引脚2（PIN2）为增益调整，改变ＲＳ的值可调节电路转换增益的大小。

Fo（PIN3）为频率输出端，为逻辑低电平，脉冲宽度由Ｒt和Ｃt决定。

引脚4（PIN4）为电源地。

引脚5（PIN5）为定时比较器正相输入端。

引脚6（PIN6）为输入比较器反相输入端。

引脚7（PIN7）为输入比较器正相输入端。

引脚8（PIN8）为电源正端。

二、LM331频率-电压转换工作原理图2 LM331的频率-电压转换原理图HFBR2412由光信号转为电信号，输出低电平到6N137的3脚，此时5V电压通过R14降压后，输入6N137的2脚使发光二极管发光，经片内光通道传到光敏二极管反向偏置的光敏管光照后导通，经电流-电压转换后送到与门的一个输入端，与门的另一个输入为使能端当使能端为高时与门输出高电平，经输出三极管反向后光电隔离器输出低电平。

脉冲信号由6脚输出，输出到C15与R15组成微分电路加到LM331的6脚，6脚使LM331内部输入比较器的反向输入端，7脚通过12V由R16、R19分压后到输入比较器的同向输入端。

当输入脉冲的下降沿到来时，经微分电路R1、C1产生一负尖脉冲叠加到反相输入端的上，当负向尖脉冲大于Vcc/3即4V时，输入比较器输出高电平使内部的R-S触发器置位，此时电流开关打向右边，电流源通过LM331的1脚对电容C17充电，同时，复零晶体管导通，定时电容C16迅速放电，完成一次充放电过程。

lm331v-f转换电路工作原理

lm331v-f转换电路工作原理一、引言随着电子技术的不断发展，LM331V-F转换电路在众多领域得到了广泛应用。

本文将详细介绍LM331V-F转换电路的工作原理、关键元件、电路参数设计与优化以及应用领域，以期为广大电子工程师提供实用的参考。

二、LM331V-F转换电路的基本原理1.电路组成LM331V-F转换电路主要由LM331V芯片、电阻R1、电容C1和开关S1组成。

其中，LM331V是一款高性能的电压基准源，具有高精度、低漂移等特点；电阻R1和电容C1用于调整电路的特性；开关S1用于控制电路的通断。

2.工作过程LM331V-F转换电路的工作过程分为两个阶段：采样阶段和放大阶段。

采样阶段，电压信号经过电阻R1和电容C1组成的滤波器，滤除高频干扰，得到干净的电压信号；放大阶段，LM331V芯片对采样得到的电压信号进行放大，输出稳定的电压信号。

三、LM331V-F转换电路的关键元件1.LM331V芯片LM331V是一款高精度的电压基准源，具有内置短路保护和过温保护等特点。

它的工作电压范围广，输出电流大，能够满足各种应用场景的需求。

2.电阻R1和电容C1电阻R1和电容C1组成滤波器，对输入电压信号进行滤波，去除高频干扰。

合理选择电阻R1和电容C1的数值，可以有效提高电路的稳定性。

3.开关S1开关S1用于控制电路的通断。

在采样阶段，开关S1打开，使电压信号通过滤波器；在放大阶段，开关S1关闭，保证LM331V芯片正常工作。

四、电路参数设计与优化1.电阻R1的选取电阻R1的选取要考虑电路的功耗和稳定性。

一般来说，电阻R1的阻值越大，电路的功耗越低，但稳定性也会相应降低。

根据实际应用需求，合理选择电阻R1的阻值。

2.电容C1的选取电容C1的选取主要考虑滤波效果。

电容C1的容量越大，滤波效果越好，但电路的响应速度会降低。

根据实际应用需求，合理选择电容C1的容量。

3.开关S1的切换速度开关S1的切换速度影响电路的工作效率。

电压频率转换

电压频率与频率电压转换电路
2011 年 8 月 24 日
北京理工大学
宇航学院
目录：
摘要： ..................................................................................................................................................... 2
Key-word:
LM331 frequency voltage transformation filter
2
北京理工大学
宇航学院
一、设计方案（一）、电压频率转换电路
1.基于 555 定时器的电压频率转换：
通过给 NE555 增加一些器件，可以构造电压频率转换器。电路包括 NE555 定时器和基于 TL071 的 Miller 积分器（图 1）。应用中输入电压为 0 到-10V，产生 0 到 1000Hz 的输出频率范围。C1 的电流为输入电压的函数：Ic=–Vin/(P1+R1)。
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北京理工大学
宇航学院
经过 1.1RtCt 的时间，VCt 增大到 2/3VCC 时，则 R 有效（R=1，S=0）， Q =0，Ct、 CL 再次充电。然后，又经过 1.1RtCt 的时间返回到 Ct、CL 放电。以后就重复上面的过程，于是在 RL 上就得到一个直流电压 Vo（这与电源的整流滤波原理类似），并且 Vo 与输入脉冲的重复频率 fi 成正比。 CL 的平均充电电流为 i×（1.1RtCt）×fi CL 的平均放电电流为 Vo/RL 当 CL 充放电平均电流平衡时，得 Vo=I×（1.1RtCt）×fi×RL 式中 I 是恒流电流，I=1.90V/RS 式中 1.90V 是 LM331 内部的基准电压（即 2 脚上的电压）。

lm331的原理及应用

lm331的原理及应用1. lm331概述lm331是一种精密电压频率转换器，主要用于将一个输入电压转换为与输入电压成比例的输出频率。

它是一款广泛应用于模拟和数模转换电路中的集成电路，具有精度高、性能稳定的特点。

2. lm331的工作原理lm331是一种基于电压控制振荡器原理的集成电路。

其内部集成了一个比较器、锁相环以及电压控制振荡器等功能，通过对输入电压进行采样和比较，控制输出频率与输入电压成比例的关系。

具体的工作原理如下： 1. 输入电压通过比较器与内部的参考电压进行比较，得到一个脉冲信号作为锁相环的输入信号。

2. 锁相环通过检测输入信号的边沿跳变来实现对输入信号频率的测量。

3. 锁相环输出一个稳定的参考频率信号，并与输入信号进行比较。

4. 通过锁相环调整电压控制振荡器的频率，使其输出频率与输入电压成比例的关系。

3. lm331的应用领域lm331广泛用于各种需要将输入电压转换为频率信号的应用中。

以下为lm331的几个常见应用领域：3.1 频率测量lm331可以将输入电压转换为与输入电压成比例的频率输出，因此在频率测量领域具有广泛的应用。

例如，在仪器仪表中，lm331可以用于测量电压、电流、温度等参数的频率，并通过频率信号提供给显示器或者其他处理电路进行处理和显示。

3.2 波形发生器由于lm331可以实现将输入电压转换为频率信号的功能，因此可以作为波形发生器的核心部件。

通过调节输入电压，lm331可以输出不同频率的信号，从而生成各种波形，如正弦波、方波、三角波等。

3.3 模拟信号数字化在模拟信号数字化的过程中，lm331可以将模拟信号转换为数字信号的频率表示。

这在一些需要将模拟信号进行数字处理的应用中非常有用，如数据采集、声音处理等领域。

3.4 频率合成lm331也可以用于频率合成的应用中。

通过将多个lm331串联或并联，可以实现多个频率的合成输出。

这在一些需要多频率信号的应用中具有重要的意义，如通信系统、信号发生器等。

设计一个频压变换器

设计一个频压变换器输入频率变化范围：200～2000Hz, 要求输出对应的直流电压为：1～5V 频率/电压变换器1.要求当正弦波信号的频率f i在200Hz～2kHz范围内变化时，对应输出的直流电压V0在1V～5V范围内线性变化。

2.方案选择可供选择的方案有两种：（1）用通用型运算放大器构成微分器，其输出与输入的正弦信号频率成正比。

（2）直接应用频率电压变换专用集成块LM331，其输出与输入的脉冲信号重复频率成正比。

因第2种方案的性价比较高，故本题用LM331实现。

3.LM331的工作原理LM331的引脚排列和主要性能见附录。

LM331即可用作电压/频率转换，也可用作频率/电压转换。

LM331的原理框图如图5-2-1所示。

此时，①脚是输出端（恒流源输出），⑥脚为输入端（输入脉冲链），⑦脚接比较电平。

LM331 器件管脚图及管脚功能：引脚号引脚名功能1CurrentOutput电流输出2Ref Current基准电流3FrequencyOutput频率输出4GND接地5R/C 接RC 定时电路6Thresholod阈值7Comparator Input比较输入8VS电源LM331既可用作电压――频率转换（VFC）也可用作频率――电压转换（FVC）图5-2-1LM331原理框图该器件的工作过程（结合图5-2-1所示的波形）如图5-2-2所示。

当输入负脉冲未达到时，由于⑥脚电平≈Vcc，高于⑦脚电平，所以S=0（低电平）。

当输入负脉冲到达时，由于⑥脚电平低于⑦脚电平，所以S=1（高电平），Q’=0(低电平)。

此时放电管T截止，于是C t有Vcc经R t充电，其上电压V Ct按指数规律增大。

与此同时，电流开关S使恒流源I与①脚接通，使C L充电，V CL按线性增大（因为是恒流源对C L充电）。

经过1.1R t C t的时间，V Ct增大到2/3Vcc时，则R有效（R=1，S=0），Q’=1，于是T导通，C t通过T迅速放电。

利用单片机、1602、LM331设计数字电压表

《单片机原理及应用》课程设计报告题目直流电压表的设计姓名专业班级 2011级电子信息工程指导教师日期目录一、设计任务与要求 (2)二、元器件清单及简介 (3)2.1 LM331 (3)2.2 1602字符型LCD简介 (5)三、设计原理分析 (8)四、设计中的问题及改进 (12)五、总结 (13)六、参考文献 (14)附录一、原理图 (14)附录二、源程序 (14)摘要在电量的测量中，电压、电流和频率是最基本的三个被测量，其中电压量的测量最为经常。

而且随着电子技术的发展，更是经常需要测量高精度的电压，所以数字电压表就成为一种必不可少的测量仪器。

数字电压表简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。

由于数字式仪器具有读数准确方便、精度高、误差小、测量速度快等特而得到广泛应用。

传统的指针式刻度电压表功能单一，进度低，容易引起视差和视觉疲劳，因而不能满足数字化时代的需要。

采用单片机的数字电压表，将连续的模拟量如直流电压转换成不连续的离散的数字形式并加以显示，从而精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，还可与PC实时通信。

数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础。

以数字电压表为核心，可以扩展成各种通用数字仪表、专用数字仪表及各种非电量的数字化仪表。

目前，由各种单片机和A/D转换器构成的数字电压表作全面深入的了解是很有必要的。

最近的几十年来，随着半导体技术、集成电路（IC）和微处理器技术的发展，数字电路和数字化测量技术也有了巨大的进步，从而促使了数字电压表的快速发展，并不断出现新的类型。

数字电压表从1952年问世以来，经历了不断改进的过程，从最早采用继电器、电子管和形式发展到了现在的全固态化、集成化（IC 化），另一方面，精度也从0.01%-0.005%。

目前，数字电压表的内部核心部件是A/D转换器，转换的精度很大程度上影响着数字电压表的准确度，因而，以后数字电压表的发展就着眼在高精度和低成本这两个方面。

LM331压频转换课程设计论文

课程设计(论文)说明书设计课题：线性电压/频率变换器院（系）：电子工程与自动化专业：测控技术与仪器学生姓名：李金鹏学号： 0900820214指导教师：王月娥2012年1月11日摘要设计电压/频率变换电路，可以利用集成芯片LMx31 来实现。

其外部电压通过低通滤波输入芯片，在相应管脚接入充放电电路，在输出管脚便可输出合适的频率。

LMx31 线性度较好，不需要运放便可以实现电压频率转换，而且变换精度高。

利用专业的设计和仿真软件（如Proteus），设计并仿真U/F 变换电路。

关键词：V/F转换器；LM331芯片；高精度；外围电路；线性度；AbstractThis task is to design a line voltage/frequency converter , it mainly constitute by the LM331 chip and its external circuit, realizing the input voltage converted into a certain frequency of the oscillating circuit, it has good linearity and higher conversion precision .Key words：V/F convertor;LM331 chip; High precision; External circuit; Linearity；目录引言 (4)1 设计任务 (4)1.1 任务说明 (4)1.2 任务分析 (4)2 设计方案选择及论证 (5)2.1方案一：采用555定时器组成的压频转换电路 (5)2.2 方案二：直接由LM331及其外围电路构成压频转换器 (6)2.3方案比较和选择 (6)3 电路设计原理、参数计算及测量结果比较 (7)3.1 芯片LM331的介绍 (7)3.2 LM331组成的压频转换器及其工作原理 (8)3.3 protel绘制原理图、器件选择及参数计算 (10)3.4电路仿真 (11)3.5 实际电路板测量与数据整理 (13)3.6 本次课题的结果及结论 (15)4 组装调试 (15)4.1 电路设计的中遇到的问题与解决方法 (15)4.2 实物图 (16)5 课设总结 (16)谢辞 (17)附件一 (18)附件二 (19)附件三 (19)参考文献 (20)引言随着电子技术和计算机技术的迅速发展，集成的电压频率变换电路在电子技术、自动控制、数字仪表、通信设备、调频、锁相和模数变换等许多领域得到广泛的应用。

利用LM331进行频率电压转换

. 频率/电压变换器* 一、概述本课题要求熟悉集成频率——电压变换器LM331的主要性能和一种应用；熟练掌握运算放大器基本电路的原理，并掌握它们的设计、测量和调整方法。

二、技术要求当正弦波信号的频率f i 在200Hz~2kHz 范围内变化时,对应输出的直流电压V i 在1~5V 范围内线形变化;正弦波信号源采用函数波形发生器的输出(见课题二图5-2-3); 采用±12V 电源供电. 三、设计过程 1．方案选择可供选择的方案有两种,它们是: 》○1用通用型运算放大器构成微分器,其输出与输入的正弦信号频率成正比. ○2直接应用F/V 变换器LM331,其输出与输入的脉冲信号重复频率成正比. 因为上述第○2种方案的性能价格比较高,故本课题用LM331实现. LM331的简要工作原理LM331的管脚排列和主要性能见附录LM331既可用作电压――频率转换（VFC ）可用作频率――电压转换（FVC ）LM331用作FVC 时的原理框如图5-1-1所示.R +V CC此时,○1脚是输出端(恒流源输出),○6脚为输入端(输入脉冲链),○7脚接比较电平. 工作过程(结合看图5-1-2所示的波形)如下: ；2/3V CCv ctV 0v CLp-pVCC1st图5-1-2当输入负脉冲到达时,由于○6脚电平低于○7脚电平,所以S=1(高电平)，Q =0（低电平）。

此时放电管T 截止，于是C t 由V CC 经R t 充电，其上电压V Ct 按指数规律增大。

与此同时，电流开关S 使恒流源I 与○1脚接通，使C L 充电，V CL 按线性增大（因为是恒流源对C L 充电）。

经过的时间，V Ct 增大到2/3V CC 时，则R 有效（R=1，S=0），Q =0，C t 、C L 再次充电。

然后，又经过的时间返回到C t 、C L 放电。

以后就重复上面的过程，于是在R L 上就得到一个直流电压V o （这与电源的整流滤波原理类似），并且V o 与输入脉冲的重复频率f i 成正比。

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LM331频率/电压转换实验一、实验目的（1）利用LM331器件实现F/V转换。

（2）用单片机系统设计多个不同的固定频率，用开关来选择。

二、实验内容利用LM331器件实现F/V转换，将一定频率范围的频率信号转换为线性变化的模拟量电压值，并用电压表观察。

三、实验原理（1）LM311器件概述LM331是美国NS公司生产的性能价格比较高的集成芯片,可用作精密频率电压转换器、A/ D转换器、线性频率调制解调、长时间积分器及其他相关器件。

LM331采用了新的温度补偿能隙基准电路, 在整个工作温度范围内和低到4.0V 电源电压下都有极高的精度。

LM331的动态范围宽, 可达100dB ; 线性度好, 最大非线性失真小于0.01% ,工作频率低到0.1Hz 时尚有较好的线性;变换精度高,数字分辨率可达12位; 外接电路简单,只需接入几个外部元件就可方便构成V/F或F/V等变换电路。

（2）LM331器件管脚图及管脚功能（3）LM331内部功能图LM331的内部电路组成如右图所示由输入比较器、定时比较器、R-S触发器、输出驱动管、复零晶体管、能隙基准电路、精密电流源电路、电流开关、输出保护管等部分组成。

输出驱动管采用集电极开路形式,因而可以通过选择逻辑电流和外接电阻,灵活改变输出脉冲的逻辑电平,以适配TTL、DTL和CMOS 等不同的逻辑电路。

LM331可采用双电源或单电源供电,可工作在4.0～40V之间,输出可高达40V,而且可以防止Vcc短路。

（4）用单片机系统产生不同的方波频率信号用单片机的定时器T0，及其中断来产生固定的频率。

不同的频率由定时器的初值和系统时钟来决定，通过电平开关K1~K8，来选择送入不同的初值，即可产生所需的方波频率信号。

四、实验接线图五、实验步骤P1.0~P1.7接K1~K8，P3.0接Fin，V out接电压表。

未输入频率信号前，调整可调电阻RW1，使V out输出为5V。

运行程序FV.ASM，拨动K1~K8（高电平有效，且同一时间只能有一只电平开关有效）,观察电压表的变化。