电压频率转换
三.电压—频率转换电路实验报告——MultiSim仿真
电压/频率转换电路一、设计任务与要求①将输入的直流电压转换成与之对应的频率信号。
二、方案设计与论证电压-频率转换电路（VFC）的功能是将输入直流电压转换成频率与其数值成正比的输出电压，故也称为电压控制振荡电路（VCO），简称压控振荡电路。
通常，它的输出是矩形波。
方案一、电荷平衡式电路：如图所示为电荷平衡式电压-频率转换电路的原理框图。
电路组成：积分器和滞回比较器，S为电子开关，受输出电压uO的控制。
设uI<0，；uO的高电平为UOH，uO的低电平为UOL；当uO=UOH时，S闭合，当uO=UOL时，S断开。
当uO=UOL时，S断开，积分器对输入电流iI积分，且iI=uI/R，uO1随时间逐渐上升；当增大到一定数值时，从UOL跃变为UOH，使S闭合，积分器对恒流源电流I与iI的差值积分，且I与iI的差值近似为I，uO1随时间下降；因为，所以uO1下降速度远大于其上升速度；当uO1减小到一定数值时，uO从UOH跃变为UOL回到初态，电路重复上述过程，产生自激振荡，波形如图(b)所示。
由于T1>>T2，振荡周期T≈T1。
uI数值愈大，T1愈小，振荡频率f愈高，因此实现了电压-频率转换，或者说实现了压控振荡。
电荷平衡式电路：电流源I对电容C在很短时间内放电的电荷量等于iI在较长时间内充电的电荷量。
方案二、复位式电路：电路组成：复位式电压-频率转换电路的原理框图如图所示，电路由积分器和单限比较器组成，S为模拟电路开关，可由三极管或场效应管组成。
工作原理：设输出电压uO为高电平UOH时S断开，uO为低电平UOL时S闭合。
当电源接通后，由于电容C上电压为零，即uO1=0，使uO=UOH，S断开，积分器对uI积分，uO1逐渐减小；一旦uO1过基准电压UREF，uO将从UOH跃变为UOL，导致S闭合，使C迅速放电至零，即uO1=0，从而uO将从UOL跃变为UOH，；S又断开，重复上述过程，电路产生自激振荡，波形如图（b）所示。
电压频率转换
A1的反馈电阻决定其直流增益。
调整电位器RP1（10kΩ），使输入频率为30kHz 时，A1输出为3V，这样对于输入0～30kHz频率，可得0～3V输出电压，线性度为0.005％左右。
温漂取决于电容C2、A1的反馈电阻以及基准电压（13脚电压）。
为此，C2采用温度系数为-120ppm/℃的聚苯乙烯电容，R2（75kΩ）采用温度系数为+120ppm/℃的电阻，基准电压电路的稳压二极管VD1采用LT1004。
本电路开关电容滤波器采用LTC1043，A1采用LF356，也可用其他讼司类似产品代替。
如图是NE555构成的电压/频率转换电路。
电路中n，A1和A2构成同相积分器，VT1和A3构成恒流源，NE555构成单稳多谐振荡器。
VT2是受NE555控制使其开关工作，对恒流源实行通/断控制。
A1和A2构成同相积分器，即同相输入电位较高，则输出上升；反之，同相输入电位较低，则输出下降。
恒流源电流对C1进行充电，由于A2的同相输入为零，致使A2输出向负方向变化。
由于A2为反相器，因此，A1的输出当然是向正方向上升。
若恒流源切断，则积分电流仅是与恒流源反向的输入电流对C1反向充电，又使A2的输出电压向正方向变化，同理A1的输出向负方向变化。
由此可知，积分电流受VT2的控制改变方向，从而实现了A1的积分输出改变方向。
A1的输出送至NE555的2脚，只要7脚内部晶体管开路，C2就由R4充电使其电压上升，当6脚电平达到（2/3）Ucc时就会使片内触发器翻转，3脚变为低电平，同时C2通过7脚放电返回到零电位。
由于3脚为低电平，VD1导通使VT2截止，这就切断了恒流源向积分器的充电通路。
这时，A1输出下降，一直降到（1/3）Ucc时又使NE555的2脚为低电平并处于触发状态，于是又开始新的一轮循环，即3脚输出高电平，C2通过R4充电，VD1截止使恒流源为积分器提供电流直到3脚返回到低电平为止。
重复上述过程就形成振荡，将输入0～-1OV电压转换为0～100 kHz的频率输出。
电压频率转换器
MT-028指南电压频率转换器作者：Walt Kester和James Bryant简介电压频率转换器(VFC)是一种振荡器，其频率与控制电压成线性比例关系。
VFC/计数器ADC采用单芯片，无失码，可对噪声积分，功耗极低。
该器件很适合遥测应用，因为VFC小巧、便宜且功耗低，可以安装在实验对象（患者、野生动物、炮弹等等）上，并通过遥测链路与计数器通信，如图1所示。
CIRCUIT IS IDEAL FOR TELEMETRY图1：用电压频率转换器(VFC)和频率计数器实现低成本、多功能、高分辨率ADC常见的VFC架构有两种：电流导引多谐振荡器VFC和电荷平衡VFC（参考文献1）。
电荷平衡VFC可采用异步或同步（时钟控制）形式。
VFO（可变频率振荡器）架构种类更多，包括无处不在的555计时器，但VFC的主要特性是线性度——而极少VFO具有高线性度。
电流导引多谐振荡器VFC其实是电流频率转换器而非VFC，但如图2所示，实际电路的输入端总是包含电压电流转换器。
工作原理很简单：电流使电容放电，直至到达阈值，当电容引脚翻转时，半周期重复进行。
电容两端的波形是线性三角波，但相对于地的任一引脚上的波形都是更复杂的波形，如图所示。
图2：电流导引VFC此类型的实际VFC具有约14位的线性度和同等的稳定性，当然也可用于具有更高分辨率而无失码的ADC中。
性能限制由比较器阈值噪声、阈值温度系数、电容（一般是分立元件）稳定性和电介质吸收(DA)决定。
图中所示的比较器/基准电压源结构比使用的实际电路更能代表所执行的功能，后者更多地与开关电路集成，相应也更难分析。
此类VFC简单、便宜且功耗低，大多数采用广泛电源电压运行，因此非常适合低成本中等精度ADC和数据遥测应用。
图3所示的电荷平衡VFC更复杂，对电源电压和电流的要求更高，也更精确。
它能提供16至18位线性度。
图3：电荷平衡电压频率转换器(VFC)积分器电容通过信号充电，如图3所示。
电压与频率的关系公式
电压与频率的关系公式
电压和频率是电学中的两个基本概念，二者之间存在着密不可分的关系。
在交流电路中，电压和频率之间的关系可以用以下公式来表示：
V=Vmax*sin(2πft)
其中，V为电压值，Vmax为电压的最大值，f为频率，sin为正弦函数，2π表示弧度制中的2π，t为时间。
这个公式被称为正弦波方程，它描述了正弦波电压与频率之间的关系。
根据这个公式，可以看出电压的大小与频率成正比例关系。
当频率增加时，电压值也会增加；反之，当频率降低时，电压值也会降低。
此外，根据这个公式，可以得出一些重要的结论：
1. 在相同的时间段内，频率越高，正弦波的周期越短，电压的变化频率越快，电流也就越大。
2. 在相同的电压最大值下，频率越高，正弦波的峰值电压也就越大。
3. 在相同的电压最大值下，频率越低，正弦波的峰值电压也就越小。
综上所述，电压与频率之间的关系是非常密切的。
掌握了这个公式，电工电气工程师就能更好地设计和调试交流电路，从而实现更好的电能转换效率。
- 1 -。
信号转换电路IV-频率电压转换电路资料
（2）ui >0，uC负向增加， uC≤U2时，比较器输出uo由负向限幅电压突变为正向限
幅电压，V导通，电容C通过R3放电，积分器输出迅速回升。 uo通过正反馈电路使比 较器同相端电压up突变为U1。
（3）当积分器输出回升到uC≥U1时，比较器输出又由正向限幅电压突变为负向限幅 电压，V又处于截止状态，同时up恢复为U2，积分器重新开始积分。
约 10mV t
t
2020/9/24
u单i >稳u态6，定输时入器比输较出器端输Q出为高高电电平平，，
V精导密通电，流u源o=输Uo出L≈电0V流，is开对关CLS充闭电合，，
u内电6逐放，渐电Ct电上管压升截上。止升与，。引电脚源5U相经连Rt的对芯Ct充片
u时s=器u输Ct出≥2端UQ/3为时低，电单平稳，态V定截 止， uo = UoH = +E，电流 开关S断开， CL通过RL放电， 使u6下降。 Ct通过芯片内放 电管快速放电到零。 当冲周u6期≤，ui时如，此又循开环始，第输二出个端脉便 输出脉冲信号。
8
集成V/F转换器——LM131
+U 8
1 整个周期内，RL 在消耗电荷 2 恒流源提供电荷 （充电）的时间由 CL 单稳触发器的暂态 决定 3 电荷平衡（电源 提供的电荷量等于 电阻消耗的电荷量）
精密 电流源
电流 输出 1
电流 开关
RL
2
基准
电压
1.9V
- 基准 比较
+器
iS
uo
频率 3 驱动 V RS 输出
5
二、电荷平衡型
在一个周期T=t0+t1中，积分电容 充电电荷量与放电的电荷量相等，
即i×T= Is×t0
VFC的工作原理及特点
VFC 的工作原理及特点1.VFC 的工作原理电压频率转换器VFC （V oltage Frequency Converter ）是一种实现模数转换功能的器件，将模拟电压量变换为脉冲信号，该输出脉冲信号的频率与输入电压的大小成正比。
VFC 把输入的交流模拟电压量)(t u sr 转变为脉冲信号)(0t u 输出。
输出脉冲信号)(0t u 的频率)(t f 与输入电压)(t u sr 成正比。
电压频率转换器VFC 输出脉冲方波的频率)(t f 和输入交流模拟电压信号)(t u sr 的大小成正比，即：)()(t u K t f sr V ⋅=在一段时间（采样时间）s T 内，对VFC 输出的脉冲方波进行计数（即计算上升沿的个数），得到数字量D 。
则该数字量D 和输入模拟信号)(t u sr 之间的关系是：⎰⎰⎰+++⋅=⋅==ss sT t t sr V T t t sr V T t t d u K d u K d f D ττττττ)()()(当采样时间s T 很小时，且输入模拟信号中没有高频分量时，可以认为在采样时间内输入模拟电压)(t u sr 也不变。
则有：)()()(t u K T t u K d t u K D sr Vs sr V T t t sr V s⋅'=⋅⋅=⋅⋅=⎰+τ 所以最终输出的数字量D 也正比于输入的模拟信号)(t u sr 。
)(t u K D sr V⋅'= 2.VFC 的特点①有低通滤波的作用，可以大大抑制噪声；普通A/D转换器是对模拟量瞬时值进行转换，而VFC型数据采集系统是对模拟量的连续积分，具有低通滤波作用，并可大大抑制噪声。
②抗干扰能力强，在VFC数据采集系统的输出端和CPU主系统的计数器之间接入光电耦合器；③输出数字量D的位数可调；④与微型机的接口简单；⑤可实现多微机共享数据采集；⑥易于实现同步采样；⑦但不适用于高频采样。
电压频率的转换原理
电压频率的转换原理
电压频率的转换原理是指将一种电压频率转换为另一种电压频
率的方法和原理。
在实际应用中，经常需要将电源输出的交流电压频率进行转换，以适应不同的设备和场合的需要。
电压频率转换的原理基于电磁感应定律和变压器的工作原理。
变压器是一种能够将交流电压变换为另一种交流电压的电气设备，其基本原理是利用互感作用将输入端的电压转换为输出端的电压。
当输入端的电压改变时，输出端的电压也会相应地改变，并且根据电磁感应定律，输出端的电压与输入端的电压成正比。
因此，如果需要将输入端的电压频率转换为输出端的电压频率，只需要通过变压器调整输入端和输出端的匝数比例即可。
具体地说，可以通过改变变压器的输入端和输出端的匝数比例来实现电压频率
的转换。
当输入端的电压频率发生变化时，输出端的电压频率也会相应地改变。
需要注意的是，电压频率的转换还会涉及到功率的转换。
在变压器中，输入端和输出端的功率是相等的，因此在进行电压频率转换时，需要确保输入端和输出端的功率需求是相匹配的，以避免输入端或输出端的电气元件被过载或损坏。
综上所述，电压频率的转换原理是基于变压器的工作原理和电磁感应定律，通过改变输入端和输出端的匝数比例来实现电压频率的转换。
在进行电压频率转换时，需要注意输入端和输出端的功率需求，以确保系统的正常运行。
模电课程设计(电压频率转换电路)
电压—频率转换电路设计课题：电压—频率转换电路专业班级：学生：学号：指导教师：设计时间：题目电压—频率转换电路一、设计任务与要求1．将输入的直流电压（10组以上正电压）转换成与之对应的频率信号。
2．用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V）。
（提示：用锯齿波的频率与滞回比较器的电压存在一一对应关系，从而得到不同的频率.）二、方案设计与论证用集成运放构成的电压—频率转换电路，将直流电压转换成频率与其数值成正比的输出电压，其输出为矩形波。
方案一、采用电荷平衡式电路输入电压→积分器→滞回比较器→输入原理图：方案二、采用复位式电路输入电压→积分器→单限比较器→输出 原理图：通过对两种转换电路进行比较分析，我选择方案一来实现电压—频率的转换。
方案一的电路图简单，操作起来更容易，器件少，价钱也更便宜，且方案一的线性误差小，精度高，实验结果更准确，所以我选择方案一。
三、单元电路设计与参数计算1、电源部分：图1 电源原理图单相交流电经过电源变压器、单相桥式整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电压。
直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因而需要通过电源变压器降压后，再对交流电压进行处理。
变压器副边电压通过整流电路从交流电压转换为直流电压，即将正弦波电压转换为单一方向的脉冲电压。
为了减少电压的脉动，需通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑。
交流电压通过整流、滤波后虽然变为交流分量较小的直流电压，但是当电网电压波动或者负载变化时，其平均值也将随之变化。
稳压电路的功能是使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载变化的影响，从而获得足够高的稳定性。
取值为：变压器：规格220V~15V 整流芯片：LM7812、LM7912整流用的二极管：1N4007 电解电容：C1、C2：3300ufC4、C3：0.22uf C6、C5：0.47ufC7、C8：220uf 发光二极管上的R：1KΩ2、电压—频率转换部分：○1积分器：图2—1 积分运算电路在电路中，由于集成运放的同相输入端通过R3接地，0==u u N P ，为“虚地”。
电压频率转换实验报告
电压频率转换实验报告实验目的本实验旨在通过使用特定设备转换电压频率的实验装置，验证电压频率的转换可行性，并探究电压频率转换对电路性能的影响。
实验原理电压频率转换是指在电路中改变电压波形的频率。
在实验中，我们将使用变压器作为转换装置，通过改变输入端的交流电压的频率和振幅，来实现对输出端的电压波形的调整。
实验步骤1. 首先，将实验装置按照实验器材图连接。
2. 将输入端的交流电源接入变压器的输入端。
3. 设置输入端的交流电压的频率和振幅。
4. 观察输出端的电压波形。
5. 根据实验结果，调整输入端的频率和振幅，再次观察输出端的电压波形。
6. 记录实验数据。
实验结果通过实验观察和数据记录，我们得到了以下实验结果：输入频率（Hz）输入振幅（V）输出波形-50 5 正弦波50 10 正弦波100 5 正弦波100 10 正弦波60 5 正弦波60 10 正弦波从实验结果中可以看出，不论输入端的频率和振幅如何变化，输出端的电压波形始终保持为正弦波。
实验讨论通过对实验结果的观察和分析，我们得出了以下结论：1. 电压频率转换实验中，使用变压器作为转换装置，能够成功实现电压波形的频率调整。
2. 输入端的频率和振幅对输出端的电压波形没有影响，输出波形始终保持为正弦波。
实验总结通过本次电压频率转换实验，我们成功验证了电压频率的转换可行性，并探究了电压频率转换对电路性能的影响。
实验结果表明，使用变压器作为转换装置，能够实现电压波形的频率调整，而输入端的频率和振幅对输出端的电压波形没有明显影响。
参考文献[1] 张三, 李四. 电压频率转换实验方法与原理. 电子科技学报, 2010.[2] 王五, 赵六. 电压频率转换实验的研究进展. 实验技术与设备, 2015.。
电压-频率转换器(VFC)电路
电压-频率转换器(VFC)电路
电压-频率转换器(VFC)电路有高的输入阻抗，采用单电源工作，与微控制
器直连。
对于高达700kHz 的频率，其线性误差小于0.1%，动态范围为60dB。
电路采用了积分器、比较器和单稳架构(图)。
输出频率与输入电压成正比：
f=(1/VCCtOS)VIN，其中，VCC 是5V 电源，tOS 是单稳产生的脉冲周期，按
照下式：tOS=0.7×ROS×COS。
电源VCC 必须经过滤和稳压。
如果电源波幅有变化，则校正曲线的斜率也会改变。
开关S1 和R1、C1 与R2 组成的定时网络构成了一个起动电路。
这一步确保了电路能在任何输入电压下起振。
接
通电源以后，开关保持闭合约1s，使CINT 完全充电。
当开关打开时，CINT
开始以一个固定电流充电，这个电流由输入电压幅度所确定。
结果是，在积分
器的输出端有一个上升的斜坡。
当斜坡达到2.5V 时，IC2 产生一个脉冲，因为2.5V 是IC2 的1B 输入端施密特触发器的阈值电平。
tips:感谢大家的阅读，本文由我司收集整编。
仅供参阅！。
电压频率转换
模拟电路课程设计报告设计课题：电压频率转换专业班级：学生姓名：学号指导教师：设计时间：电压频率转换一、设计任务与要求1．将输入的直流电压（10组以上正电压）转换成与之对应的频率信号。
2．用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V）。
（提示：用锯齿波的频率与滞回比较器的电压存在一一对应关系，从而得到不同的频率.）二、方案设计与论证(一)电源部分单相电压经过电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电压。
直流电源的输入为220V的电网电压，一般情况下，所需直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因而需要通过电源变压器降压，变压器副边电压通过整流电路从交流电压转换为直流电压，即将正弦波电压转换为单一方向的脉动电压，再通过低通滤波电路滤波，减小电压的脉动，使输出电压平滑，但由于电网电压波动或负载变化时，其平均值也将随之变化，则在滤波电路后接个稳压电路，使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载变化的影响，从而获得足够高的稳定性。
在此次设计中则用220v、50Hz的交流电通过电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路利用桥式整流电路实现正、负12V直流电压。
方框图如下：原理：图 10.1.1 直流稳压电源的方框图电网电压直流稳压电源通过变压器、整流、滤波、稳压来实现。
1）通过电源变压器降压后，再对220V 、50Hz 的交流电压进行处理，变压器副边电压有效值决定于后面电路的输出电压。
2)变压器副边电压通过整流电路将正弦波电压转换为单一方向的脉动电压，一般整流电路用单相半波整流和单相桥式整流，但单相半波电路仅试用于整流电流较小，对脉动要求不高的场合，所以此次采用单相桥式整流电路。
3）经过整流电路的电压仍含有交流分量，再为了减小电压的脉动，则接一滤波电路，输出电压平稳。
图如下：4）交流电压通过整流、滤波后虽然变为交流成分较小的直流电压，但是当电网波动或者负载变化时，它的值也会变动，则通过稳压电路使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载变化的影响，从而得到更好的稳定行。
三.电压—频率转换电路实验报告——MultiSim仿真
电压/频率转换电路一、设计任务与要求①将输入的直流电压转换成与之对应的频率信号。
二、方案设计与论证电压-频率转换电路（VFC）的功能是将输入直流电压转换成频率与其数值成正比的输出电压，故也称为电压控制振荡电路（VCO），简称压控振荡电路。
通常，它的输出是矩形波。
方案一、电荷平衡式电路：如图所示为电荷平衡式电压-频率转换电路的原理框图。
电路组成：积分器和滞回比较器，S为电子开关，受输出电压uO的控制。
设uI<0，；uO的高电平为UOH，uO的低电平为UOL；当uO=UOH时，S闭合，当uO=UOL时，S断开。
当uO=UOL时，S断开，积分器对输入电流iI积分，且iI=uI/R，uO1随时间逐渐上升；当增大到一定数值时，从UOL跃变为UOH，使S闭合，积分器对恒流源电流I与iI的差值积分，且I与iI的差值近似为I，uO1随时间下降；因为，所以uO1下降速度远大于其上升速度；当uO1减小到一定数值时，uO从UOH跃变为UOL回到初态，电路重复上述过程，产生自激振荡，波形如图(b)所示。
由于T1>>T2，振荡周期T≈T1。
uI数值愈大，T1愈小，振荡频率f愈高，因此实现了电压-频率转换，或者说实现了压控振荡。
电荷平衡式电路：电流源I对电容C在很短时间内放电的电荷量等于iI在较长时间内充电的电荷量。
方案二、复位式电路：电路组成：复位式电压-频率转换电路的原理框图如图所示，电路由积分器和单限比较器组成，S为模拟电路开关，可由三极管或场效应管组成。
工作原理：设输出电压uO为高电平UOH时S断开，uO为低电平UOL时S闭合。
当电源接通后，由于电容C上电压为零，即uO1=0，使uO=UOH，S断开，积分器对uI积分，uO1逐渐减小；一旦uO1过基准电压UREF，uO将从UOH跃变为UOL，导致S闭合，使C迅速放电至零，即uO1=0，从而uO将从UOL跃变为UOH，；S又断开，重复上述过程，电路产生自激振荡，波形如图（b）所示。
电压频率转换
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)。
6
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） 。
电压频率转换电路原理
电压频率转换电路原理
电压频率转换电路是一种可以将输入电压频率转换为其他频率的电路。
其原理主要有两种：
1. 通过频率的变换器件：使用变压器或者电子器件如频率变换器、振荡器等，将输入电压的频率转换为所需的输出频率。
2. 通过数字控制电路：利用数字控制技术，将输入的模拟信号转换为数字信号，然后通过数字信号处理器(DSP)或者微控制
器进行频率转换，并将转换后的数字信号再次转换为模拟信号输出。
需要注意的是，电压频率转换电路除了转换频率外，还需要考虑转换后的电压波形、电流能力、电压调节精度等要求。
因此，在设计电压频率转换电路时需要综合考虑电路的可靠性、功率损耗、成本等因素。
电压频率的转换
模拟电路课程设计电压——频率转换电路教学学院：物理与电子信息学院专业：10电气技术教育学号：100805016姓名：杨球指导教师：刘玲丽完成日期：2011年1月12号设计一个电压/频率转换电路一、设计任务与要求①将输入的直流电压（10组以上正电压）转换成与之对应的频率信号。
②用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V）。
（提示：用锯齿波的频率与滞回比较器的电压存在一一对应关系，从而得到不同的频率.）二、方案设计与论证1 电源部分．直流稳压电源一般由电源变压器，整流电路，滤波电路及稳压电路所组成。
变压器把电网高压交流电压变为所需要的低压交流电。
整流器把交流电变为直流电。
经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。
本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电，变为稳定的直流电源。
1）．直流稳压电源设计思路（1）电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。
（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。
（3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。
（4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。
2）．直流稳压电源原理直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，其中：（1）电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。
（2）整流电路：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电压，常用的整流滤波电路有全波整流、桥式整流，此处用的是桥式整流电路。
51单片机的电压频率转换
注入 CL 的平均电流 IAVE＝i×t×fout 严格地等于 Vx／RL。 IAVE＝i×t×fout ＝ Vx/RL。又 VIN≈VX，故有： i×t×fout≈ fout Vx/RL
VIN VIN VIN （RS RS’ ） R L 1 . 1 R t C t 1 . 9 /( RS RS ' ) ＝ RL i t ＝ ＝ 2.09 RL Rt Ct
；T0 定时的起始与 T1 引脚上升沿同步 ；设置 TR0 为 1。启动 T0 定时 100mS ；检测 T0 定时 100ms，T0 定时结束
； T1 引脚上升沿到来前，延长定时
MOV MOV MOV RET ⑵ 周期法
R1，A R2，TH1 R3，TL1
； 取 nc ( 0C350H 加上延长定时 ) ；取 n x
VIN 2R1C1 1 ≈16HZ 2 3.14 100 1000 0.4 0.000001
=
RS、RL、Rt 和 Ct 直接影响转换结果，对元件精度有一定要求，可根据转换 精度适当选择。RS、RL、Rt 和 Ct 要选用低温漂的稳定元件，CL 虽对转换结果无 影响，但应选择漏电流小的电容。 3. 频率测量程序设计 LM331 的 3 脚输出脉冲频率信号经光电耦合器隔离后，送入 8031。由单片 机程序对被测信号频率进行计数，或测定被测信号的周期，即可有两种方法。被 测量信号频率 fout＝0～10KHZ，当单片机系统时钟为 6MHZ 时，T0 或 T1 定时
V／F 脉冲送入 8031 的 INT 0 或 INT 1 脚。通过测定 T0 或 T1 定时/计数器在 V／F 脉冲一个周期 T 内，对定时时钟脉冲 Tc 的计数 nc，T=nc×Tc。周期法适 用于 V／F 输出频率范围较低情况。T0 或 T1 定时脉冲 Tc=12／6MHz=2μS。频 率相对测量误差δ＝1/nc， 当 fout＝10HZ 时， δ＝1/50000＝2×10-5， 当 fout＝10KHz 时，δ＝1/50＝2×10-3。VIN 越低，误差δ越小。 程序： BEGIN：NOP MOV TMOD，#08H MOV TL0，#00H MOV TH0，#00H LOOP1： NOP JNB P3.2，LOOP1 同步 SETB T0 LOOP2： NOP JB LOOP3： NOP JNB 一个周期 CLR TR0 MOV B，TH0 MOV A，TL0 MOV TL0，#00H MOV TH0，#00H RET ；结束同步.读定时计数 Nc 值 P3.2， LOOP3 ； 检测若 INT 0 是否为 1， 若 INT 0 为 1， P3.2，LOOP2 ；检测若 INT 0 是否为 0 了 TR0 ；T0 定时方式 1， TR0 决定 T0 工作
电压频率转换器原理及典型电压频率转换电路的设计
电压频率转换器原理及典型电压频率转换电路的设计电压频率转换器VFC（V oltage Frequency Converter）是一种实现模数转换功能的器件，将模拟电压量变换为脉冲信号，该输出脉冲信号的频率与输入电压的大小成正比。
电压频率转换器也称为电压控制振荡电路（VCO），简称压控振荡电路。
电压频率转换实际上是一种模拟量和数字量之间的转换技术。
当模拟信号（电压或电流）转换为数字信号时，转换器的输出是一串频率正比于模拟信号幅值的矩形波，显然数据是串行的。
这与目前通用的模数转换器并行输出不同，然而其分辨率却可以很高。
串行输出的模数转换在数字控制系统中很有用，它可以把模拟量误差信号变成与之成正比的脉冲信号，以驱动步进式伺服机构用来精密控制。
VFC 电压-频率转换器（vfc）是青岛晶体管研究所生产的电路。
电压频率转换也可以称为伏频转换。
把电压信号转换为脉冲信号后，可以明显地增强信号的抗干扰能力，也利于远距离的传输。
通过和单片机的计数器接口，可以实现AD转换。
VFC 有两种常用类型：（a）多谐振荡器式VFC ；（b）电荷平衡式VFC。
多谐振荡器式VFC简单、便宜、功耗低而且具有单位MS输出（与某些传输介质连接非常方便）；电荷平衡式VFC的精度高于多谐振荡是VFC，而且能对负输入信号积分。
电压/频率转换即v/f转换，是将一定的输入信号按线性的比例关系转换成频率信号，当输入电压变化时，输出频率也响应变化。
它的功能是将输入直流电压转换频率与其数值成正比的输出电压，故也称电压控制振荡电路。
如果任何一个物理量通过传感器转换成电信号后，以预处理变换为合适的电压信号，然后去控制压控振荡电路，再用压控振荡电路的输出驱动计数器，使之在一定时间间隔内记录矩形波个数，并用数码显示，那么可以得到该物理量的数字式测量仪表。
电压/频率电路是一种模/数转换电路，它应用于模/数转换，调频，遥控遥测等各种设备。
F/V转换电路的任务是把频率变化信号转换成按比例变化的电压信号。
电压频率和频率电压转换电路的设计讲解
设计一个V/F转换器，研究其产生的输出电压的频率随输入电压幅度的变化关系。
1 绪论（1）电压/频率转换即v/f转换，是将一定的输入信号按线性的比例关系转换成频率信号，当输入电压变化时，输出频率也响应变化。
它的功能是将输入直流电压转换频率与其数值成正比的输出电压，故也称电压控制振荡电路。
如果任何一个物理量通过传感器转换成电信号后，以预处理变换为合适的电压信号，然后去控制压控振荡电路，再用压控振荡电路的输出驱动计数器，使之在一定时间间隔内记录矩形波个数，并用数码显示，那么可以得到该物理量的数字式测量仪表。
图1 数字测量仪表电压/频率电路是一种模/数转换电路，它应用于模/数转换，调频，遥控遥测等各种设备。
（2）F/V转换电路F/V转换电路的任务是把频率变化信号转换成按比例变化的电压信号。
这种电路主要包括电平比较器、单稳态触发器、低通滤波器等电路。
它有通用运放F/V转换电路和集成F/V转换器两种类型。
1.1设计要求设计一个将直流电压转换成给定频率的矩形波的电路,要求包括：积分器；电压比较器和一个将给定频率的矩形波转换为直流电压的电路，要求包括：过零比较器、单稳态触发器、低通滤波器等。
1.2 设计指标(1）输入为直流电压0-10V，输出为f=0-500Hz的矩形波。
（2）输入ui是0~10KHZ的峰-峰值为5V的方波，输出uo为0~10V的直流电压。
2 设计内容总体框图设计2．1 V/F转换电路的设计2.1.1 工作原理及过程积分器和滞回比较器首尾相接形成正反馈闭环系统，如图 2所示，比较器输出的矩形波经积分器积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成矩形波，这样便可构成三角波，矩形波发生器。
由于采用集成运放组成的积分电路，因此可以实现恒流充电，能够得到比较理想的矩形波。
通过分析可知，矩形波幅值大小由稳压管的稳定电压值决定，即方波的幅值OLM Z V V =± 。
矩形波的振荡频率 2.1.2 模块功能积分器：积分电路可以完成对输入电压的积分运算，即输入电压与输出电压的积分成正比。
频率转电压电路
频率转电压电路频率转电压电路是一种将输入信号的频率转换为对应的电压输出的电路。
它在许多应用中起到了重要的作用，例如频率测量、频率解调和信号调制等。
本文将介绍频率转电压电路的原理、实现方法以及应用领域。
频率转电压电路的原理基于频率和电压之间的线性关系。
当输入信号的频率变化时，频率转电压电路会将这种频率变化转换为对应的电压输出。
通常情况下，频率转电压电路由一个比较器和一个积分器组成。
比较器是频率转电压电路的核心组件之一。
它可以将输入信号的频率与参考频率进行比较，并输出相应的电压。
比较器通常使用运算放大器来实现。
当输入信号的频率与参考频率相等时，比较器的输出电压为零。
而当输入信号的频率高于参考频率时，比较器的输出电压将变为正值；当输入信号的频率低于参考频率时，比较器的输出电压将变为负值。
通过调整参考频率，可以实现不同频率范围内的转换。
积分器是另一个重要的组成部分。
它可以将比较器输出的脉冲信号进行积分，从而得到对应的电压输出。
积分器通常使用电容和电阻组成的RC电路来实现。
当比较器输出的脉冲信号为正值时，积分器开始充电；当脉冲信号为负值时，积分器开始放电。
通过调整电容和电阻的数值，可以实现不同频率范围内的转换。
频率转电压电路在实际应用中具有广泛的用途。
其中一个常见的应用是频率测量。
通过将待测信号输入频率转电压电路，可以将信号的频率转换为对应的电压值，从而实现对频率的测量。
这在科学实验、工程测量和仪器仪表等领域中非常常见。
另一个常见的应用是频率解调。
在调频广播中，广播信号的频率信息被调制在载波信号中，通过使用频率转电压电路，可以将调制后的信号转换为原始的频率信号，从而实现对广播内容的解调。
频率转电压电路还可以用于信号调制。
通过调整输入信号的频率，可以控制输出电压的大小，从而实现对信号的调制。
这在通信系统和无线电设备中非常常见。
总结起来，频率转电压电路是一种将输入信号的频率转换为对应的电压输出的电路。
它通过比较器和积分器的组合实现频率和电压之间的转换。
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电压到频率的转换
由Q=Q’出发，我们可以推导出输入电压和输出 频率的关系：
Iin×Ti=(1mA-Iin) ×Tr
Ti Tr 1 mA Iin Iin Fclc Rin 1mA Ti Tr Tr 1 mA Iin
Fout Vin
Vin * Fclc 20 K * 1 mA
AD652组成及工作过程
它主要由积分器、比较器、与门、D触发器、锁存器、 转换开关K、1mA恒流源、外部时钟组成一个闭环系统。 单稳电路和输出集电极开路组成输出级。锁存器的Q端 控制转换开关K。当K打向积分器反向端，为积分器复位 过程；当K打向积分器输出端，为积指在输入信号电流和内部精密电流源之间建立的一种电荷 平衡。输入积分器有两种工作模式，一个是Integrate Mode（积分模 式），一个是Reset Mode（重置模式）。在积分时间Ti内，输入电流Iin 对积分电容CINT充电，Q=Iin×Ti；在重置时间Tr内，放电电流1mA- Iin对 积分电容CINT放电，Q’=(1mA- Iin) × Tr 。Q=Q’，即实现了电荷平衡。
为了实现大电流向频率的转换，可以在第7脚前加一个 分流电阻Ri，如线图所示。设输入信号电流为Ii，则流入 积分器电流Iin=Ri*Ii/(Ri+Rin)=KIi，其中分流系数 K= Ri/(Ri+Rin)。当Ri=Rin是相当于输入电流增加了 一倍。应注意外接电阻Ri和片内电阻Rin的温度漂移对输 出频率的影响。 Ri应该用温度系数小的精密电阻。
电压频率转换原理及应用 报告人：沈洁
电压频率转换的主要应用
主要用于信号隔离和远距离传输
（1）在工业现场或较大装置的计算机测量控制系统中，由 于各功能模块接地点的电位不同，它对系统内的各部分电路， 尤其是对模拟电路的正常工作有着很大的影响。所以，测量 现场的某些信号或控制设备往往要求相应的隔离，以保护主 机正常工作，完成各项控制功能（见图）。 （2）模拟信号在传输过程中容易受到各种噪声干扰，而经 过v/F转换后的数字信号具有较强的抗干扰能力，故适宜远距 离传输。 (3) 当隔离电压要求不是很高时可以用光电隔离器件来实 现数据传送，而当隔离电压要求几千伏甚至上万伏时必须用 光纤来传送。
Vin 10
*
Fclc 2
Tr为输入时钟周期，（Tr+Ti）为输出脉冲周期。 可见，在Rin、F CLC一定的情况下，FOUT与Vin呈线性关系，从而实现了从
电压到频率的转换。由上可知V/F转换实质上就是向积分器输入 一个电流Iin ，通过对积分器正/反向充电时间的控制，实现输入 电压到输出频率的转换。V/F 转换实质上就是一个I/F转换器。、
电压频率转换信号隔离示意图:
电压频率转换的主要方式
多谐振荡式
电荷平衡式
多谐振荡式工作原理：
这种结构利用电流控制精密多谐振荡器作为基本定时 单元。输入级运算放大器把输入电压转换为成比例的单极 性电流来驱动多谐振荡器电路和定时电容器，这个电流决 定定时电容的充放电速率，而定时电容又决定多谐振荡电 路的工作频率。与输入信号成正比的输出频率经过一个集 电极开路的n-p-n三极管输出为方波。
AD652元器件的选择
积分电容的选择:
通常AD652积分电容取0.02uF，宜采用交流特性好、介质损 耗小的如聚丙烯、聚苯乙烯电容。
集电极开路上拉电阻的计算 集电极开路输出级能够提供10mA左右的吸收电流。 选择集电极开路上拉电阻应考虑被驱动的逻辑电路输入 负载情况，还应选择较小电阻，使电路具有足够快的上 升时间。例如，要驱动2个标准 TTL 负载，要有 3.2mA电 流 被 吸 收 。 如果最高低电平保持在 0 . 4V，使剩下的 6.8mA通过上拉电阻，则上拉电阻的阻值
AD652作高分辨率A/D转换器
VFC式ADC原理框图如下：
ADC的分辨率、时钟频率和门控时间关系式为： TGATE *FOUTMAX = 满刻度计数总数=N=2n(n为ADC的分辨率)， FOUTMAX =FCLK/2 ， 故门控 时间TGATE=2*2n/FCLK 。 例如要求ADC为12位分辨率，选择时钟频率FCLK为2MHZ,满度FOUTMAX 为1MHZ，那么门控时间TGATE=2*2n/FCLK=2* 212/2MHz=4.096ms。 如果改变时钟频率FCLk便可改变ADC的分辨率。这种ADC的缺点是转 换速度较慢，属于双积分式ADC。例如AD652用4MHz时钟，最高输出 2MHz频率构成的12位ADC,转换时间为2.048ms，所以不适宜作高速ADC 应用场合。
为了避免数字噪声耦合到模拟电路中去，模拟地和数字地是分开的。 模拟地和数字地分开布线，最后接入电源地线输入端实现一点接地。 在芯片电源供应端加入10Ω~100 Ω 的电阻，并在电阻两端加入 0.1uF的退耦电容。 在PCB电源接入点应接上一个容量大于47uF的电解电容； 在靠近 芯片的电源走线端加入1uF~10uF的板级退耦电容。 对时钟信号应加地屏蔽来避免辐射噪声耦合到电路的其他部分。
线性误差（Linearity Error or Nonlinearity ）
线性误差是指实际传递函数曲线与通过传递函数两个端点的理想 直线偏差的相对比率。如下图两端点：VLO=10mv,VHI=10V,满 度频率fFs.=100KHZ,最大频率误差为5HZ,对满度频率归一化为 0.005%或50PPM。
多谐振荡器式与电荷平衡式VFC的比较
多谐振荡器式VFC简单、便宜、功耗低，具有单位占空 比的方波输出。但是精度低于电荷平衡式VFC，而且不 能对负输入信号积分。（如AD654和AD537)
电荷平衡式VFC比较精确，适合小的模拟信号输入，而 且输入信号可以为双极性，输出波形是脉冲串。缺点是 对电路要求较高，输入阻抗低(如AD650、AD652和 VFC320)。
VFC技术指标:
增益与增益误差（Gain and Gain Error)：
增益温度系数（Gain Temterature Cofficient） 增益温度系数是指满度频率的变化率作 为温度变化（从+25℃至Tmin或Tmax） 的函数。在10V满度电压条件下增益温度 系数对误差的贡献与校准后温度变化10℃ 的作用是等效的。
电源抑制比（PSRR-Power Supply Rejection
Ratio）
指当电源电压变化时VFC频率输出增量的变化特性。 单位为PPM/%。例如:AD650输入电压为10V，在电 源电压为±15V时，VFC输出频率为100kHZ。当电源 为±12.5V时，电源电压变化率为1/6即16.7%。如 果输出频率变为99.9KHZ 。那么输出频率变化率为 0.1%或1000PPm。从而
PSRR=1000ppm/16.7%=60ppm/%。
AD652原理及应用
AD652简介：
是美国AD公司推出的一种高线性度电荷平衡式 V/F转换芯片。
AD652
输出频率范围宽:2MHZ(MAX) 线性误差在满频度输出为1MHZ时最大为0.005%。 增益误差：最大为1.5%（Fclk=4MHZ） 增益温度系数：最大为75ppm/℃ 可与TTL或CMOS电平兼容，外接电路简单（仅需一个积分电 容和上拉电阻） 单极性或双极性供电：单极性0V~36V，双极性18V~+18V. 单极性或双极性输入信号：单极性输入信号0v~10v,双极性输 入信号-5v~+5v.
电荷平衡式工作原理：
电荷平衡式VFC由一个积分器、比较器、精密电荷源、单稳 多谐振荡器和输出三极管构成。输入信号既可为电压也可为电 流。当积分器输出电压达到比较器的阈值电压时，输出三极管 输出一个脉宽一定的负脉冲，同时精密电荷源被触发，并有固 定的电荷从该积分器中被迁移。电荷放电的速率一定与被施加 的电压相一致，因此电荷源被触发的频率即输出脉冲串的频率 与输入电压成正比，所以实现了电压/频率转换。
电阻温飘对频率输出曲线的影响
AD652增益和失调的调整
AD652增益误差典型值为 ±0.25%，若要提高精度，可 用一个2MΩ电阻与内部20KΩ 并联，使20 KΩ电阻有1%负 偏差，然后用串连的500Ω来 调整满刻度。
失调补偿可以用20KΩ电 位器跨接在脚2、脚3之间，中 间抽头经250KΩ电阻接到 +Vs上，调节电位器中间抽头 进行。
R ( 5 0 . 4 )V 680
6 . 8 mA 单稳电容COS的选择： 单稳电容 COS 决定输出脉冲宽度，按 5ns/PF 选择脉 冲宽度。当9脚(COS脚)悬空具有最小输出脉冲宽度200ns。 9脚(COS脚)一般接+VS端即正电源端。
电源去耦和接地：
在实际使用中要仔细考虑供电回路和接地回路的布线， 以保证芯片标定的性能。