电压频率与频率电压转换电路

（一）、电压频率转换电路 ........................................................................................................... 3 1.基于 555 定时器的电压频率转换： .................................................................................. 3 2.基于 LM331 的电压频率转换：......................................................................................... 4
LM331 各引脚功能说明如下: 脚 1 为脉冲电流输出端,内部相当于脉冲恒流源,脉 冲宽度与内部单稳态电路相同; 脚 2 为输出端脉冲电流幅度调节,RS 越小,输出电流越 大; 脚 3 为脉冲电压输出端,OC 门结构,输出脉冲宽度及相位同单稳态,不用时可悬空 或接地; 脚 4 为地; 脚 5 为单稳态外接定时时间常数 RC ; 脚 6 为单稳态触发脉冲输 入端,低于脚 7 电压触发有效,要求输入负脉冲宽度小于单稳态输出脉冲宽度 Tw ; 脚 7 为比较器基准电压,用于设置输入脉冲的有效触发电平高低; 脚 8 为电源 Vcc , 正常工 作电压范围为 4～40V。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 变换电路,并且容易保证转换精度。
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摘要：
本系统利用了 LM331 的原理及性能设计了频率电压以及电压频率转换 电路，实现了 0Hz--10kHz 频率与 0—10V 电压的相互转换，电路简单，转换 结果线性度好。
关键字： LM331 频率 电压 转换 滤波
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 - 10V’s transformation , the circuits are simple and result have good linearity. Key-word:
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输出频率计算：
该转换电路线性良好，抗干扰能力强，输出范围在 10Hz～10kHz 以上，有利于提高 系统的测量范围。
（二）、频率电压转换电路
1.基于 LM2907 的频率电压转换：
LM2907 为集成式频率／电压转换器，芯片中包含了比较器、充电泵、高增益运算 放大器，能将频率信号转换为直流电压信号。LM2917 与 LM2907 基本相同，区别是： LM2917 内部有一只稳压管，用于提高电源的稳定性。LM2917 进行频率倍增时只需使 用一个ＲＣ网络；以地为参考点的转速计（频率）输入可直接从输入管脚接入；运算 放大器／比较器采用浮动三极管输出；最大５０ｍＡ的输出电流可驱动开关管、发光 二极管等；内含的转速计使用充电泵技术，对低纹波有频率倍增功能；比较器的滞后 电压为３０ｍＶ利用这个特性可以抑制外界干扰；输出电压与输入频率成正比，线 性度典型值为０.３％；具有保护电路，不会受高于Ｖｃｃ值或低于地参考点输入信号 的损伤；在零频率输入时，LM2907 的输出电压可根据外围电路自行调节；当输入频率 达到或超过某一给定值时，可将输出用于驱动继电器、指示灯等负载。
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本系统采用基于 LM331 制作的 V/F 和 F/V 转换。
二、主体电路设计
芯片简介
LM331 是美国 NS 公司生产的性能价格比比较高的集成芯片。它是当前最简单的一 种高精度 V/F 转换器、A/D 转换器、线性频率调制解调、长时间积分器以及其它相关的 器件。LM331 为双列直插式 8 引脚芯片，其引脚框图如图 1 所示。
电压频率 与 频率电压 转换电路
2011 年 8 月 24 日
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目录：
摘要：..................................................................................................................................................... 2 Abstract: .................................................................................................................................................. 2 一、设计方案......................................................................................................................................... 3
2.基于 LM331 的频率电压转换
LM331 用作 FVC 时的原理框如图所示.
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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:
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 Ct 由 VCC 经 Rt 充电，其上电压 VCt 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 CL 充电，VCL 按线性增大（因为是恒流 源对 CL 充电）。
（一）、电压频率转换电路 ........................................................................................................... 9 （二）、频率电压转换电路 ......................................................................................................... 10 四、系统调试：................................................................................................................................... 10 （一）VFC:.................................................................................................................................... 10 （二）FVC：................................................................................................................................. 11
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）。
Vo 于是得
=
2.09 R L RS
（二）、频率电压转换电路 ........................................................................................................... 5 1.基于 LM2907 的频率电压转换：....................................................................................... 5 2.基于 LM331 的频率电压转换............................................................................................. 5
C1 的电压达到 VCC 的 2/3 时，定时器的内部放电晶体管打开，C1 的电压回到 VCC 的 1/3，比较器的低阈值。到电压的 1/3 处，放电晶体管关闭，C1 再次开始充电。C1 充 电时，NE555 的输出为高，而 C1 放电时，NE555 的输出为低。输入电压和 C1 充电时间 的乘积为常数。因为放电时间小于充电时间，下面的公式计算了输出频率：
RtCtf i
可见，当 RS、Rt、Ct、RL 一定时，Vo 正比于 fi，显然，要使 Vo 与 fi 之间的关系保 持精确、稳定，则上述元件应选用高精度、高稳定性的。
对于一定的 fi，要使 Vo 为一定植，可调节 RS 的大小。恒流源电流 I 允许在 10 µ A~500 µ A 范围内调节，故 RS 可在 190kΩ~3.8 kΩ范围内调节。一般 RS 在 10kΩ左 右取用。
二、主体电路设计 ................................................................................................................................. 8 三、电路安装......................................................................................................................................... 9
LM331 frequency voltage transformation filter
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一、设计方案
（一）、wk.baidu.com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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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。
2.基于 LM331 的电压频率转换：
LM331 是美国 NS 公司生产的性能价格比高、外围电路简单、可单电源供电、低功 耗的集成电路。LM331 动态范围宽达 100dB，工作频率低到 0．1Hz 时尚有较好的线性 度，数字分辨率达 12 位。LM331 的输出驱动器采用集电极开路形式，因此可通过选择 逻辑电流和外接电阻来灵活改变输出脉冲的逻辑电平，以适配 TTL、DTL 和 CMOS 等不 同逻辑电路。LM331 可工作在 4．0V～40V 之间，输出可高达 40V，而且可以防止 VCC 短路。
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f out = Vin / (P1 + R1) × C1 × 1/3 VCC。
P1 校准了输出频率和输入电压的关系。因为放电时间约为 30µs，电压频率转换的 精度随频率的增加而降低。如果设定 100H z 为-1V，1000Hz 为-10V，转换范围的误差为 0.3 到 3%。如果使用 P1 校准输入电压范围中点-5V 的输出频率，那么整个范围内的转换 误差小于 1.3%。为改进性能，C1 应该具有低耗散的特点。如果 R1 具有低温度系数，P 1 为多匝金属陶瓷电位计的话，可以减少温度影响。