电压频率转换器
LM2917电压转换器的原理及性能参数(精)
LM2917电压转换器的原理及性能参数1. 概述LM2917为单片集成频率－电压转换器，芯片中包含了一个高增益的运算放大器/比较器，当输入频率达到或超过某一给定值时，输出可用于驱动开关、指示灯或其它负载。
内含的转速计使用充电泵技术，对低纹波具有频率倍增功能。
另外LM2917还带有完全的输入保护电路。
在零频率输入时，LM2917的输出逻辑摆幅为零。
1.1 主要特点LM2917具有以下特点：进行频率倍增时只需使用一个RC网络；芯片上具有齐纳二极管调整电路，能够进行准确的频率－电压(电流)转换；以地为参考的转速计输入可直接与可变磁阻拾音器接口；运算放大器/比较器采用浮动晶体管输出；50mA输出陷流或驱动能力，可驱动开关、螺线管、测量计、发光二极管等；对低纹波有频率倍增功能；转速计具有滞后、差分输入或以地为参考的单端输入；线性度典型值为±0.3％；以地为参考的转速计具有完全的保护电路，不会受高于VCC 值或低于地参考输入的损伤。
1.2 应用领域LM2917可应用于以下领域：∙超速/低速检测；∙频率电压转换(转速计)；∙测速表；∙手持式转速计；∙速度监测器；∙巡回控制；∙车门锁定控制；∙离合控制；∙喇叭控制；∙触摸或声音开关。
1.3 电性能参数LM2917的主要电性能参数如表1所列。
2. 工作原理图1所示为LM2917的原理框图，各引脚功能如下：∙1脚和11脚为运算放大器/比较器的输入端；∙2脚接充电泵的定时电容；∙3脚连接充电泵的输出电阻和积分电容；∙4脚和10脚为运算放大器的输入端；∙5脚为输出，取自输出晶体管的发射极；∙6，7，13，14脚未用；8脚为输出晶体管的集电极，一般接电源；∙9脚为正电源端；∙12脚为负电源端，一般接地。
运算放大器/比较器完全与转速计兼容，以一个浮动的晶体管作为输出端，具有强的输出驱动能力，能够以50mA电流驱动以地为参考或以电源为参考的负载。
输出晶体管的集电极电位可高于VCC，允许的最大电压VCE为28V。
VF FV
第一阶段：当加入ui,由于ui>u0,输入不娇气输出高电平->S=1->Q=1
->VT1管饱和导通->u0=0;与此同时，Q=1->电流源开关S闭合->精密电流 源输出电流Is对Cl充电->u6逐渐上升;Q=1->VT2管截止->电源E经Rt向Ct
TTL逻辑电平输入F/V转换电路图
AD650的典型应用
在对现场信号检测中，经常遇到信号隔离传送问题，尤其是单片机测 试系统，采用V/F,F/V转换技术可以方便地实现模拟信号的隔离传送
模拟信号隔离传送
通过V/F,光耦合，F/V转换，实现了信号隔离， 保证了单片机系统的安全
在智能化仪表中的应用
在智能化仪表中,使用AD650V/ F 转换器作为零点 自动校正 , 不仅能 提供仪器的测量精度 , 而且能够大大简 化硬件设备 , 因为 A D 650 只有 一根线与单片微型计算机相连 。 现 以某一智能仪表为例 , 说 明芯片 的 应用 。由 A D 6 5 0 芯片和 单片微型 计算机组成 的零点 自动 校正线路 如 下图 所示：
电压转换频率：
利用物理量通过传感器转换成电信号，经预处理变换为合 适的电压信号，然后去控制压控震荡器电路，再用压控震 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。总的流程如下图所示：
两种电路[2]：
方案一：电荷平衡式压控电路器（锯齿波发生电路演变为电压-频率转 换电路） 如图一所示，由积分器和滞回比较器组成，S为电子开光， 受输出电压U0控制。
积分 电阻 Rint 选择：
积分电阻 Rint 的 的值是按照输入满度电压时所需要的输入电流来 计算。为 了保证满度对输出信号的占空比为25% ,一般取满度时的输人电 流为0. 25mA,则 积分电阻 Rint 为
IC资料-精密压_频转换器 LM331_331A
0.15
0.50
V
0.10
0.40
V
±0.05
1.0
uA
3.0
6.0
mA
4.0
8.0
mA
注 1：表中按达到的精度和温度稳定性的不同，分别有 LM331 和 LM331A 两种型号 注 2：表一和表二中所有特性均是按图 5 电路，及 4.0V≤VS≤40V 的条件下测得。（除非另 有说明）
LM331/331A
额定满量程频率
VIN＝-10V
10.0
长期增益稳定性 （1000小时）
TMIN≤TA≤TMAX
超限频率（相对于标 准频率范围）
VIN＝-11V
10
输入比较器
失调电压
TMIN≤TA≤TMAX
LM331 LM331A
偏置电流Βιβλιοθήκη 失效电流共模范围TMIN≤TA≤TMAX
-0.2
计时器
计时器阈值电压 （第5脚）
1.10 ±150 ±50
kHz/V ppm/℃
0.01
0.1
%/V
0.006 0.06 %/V
kHz
±0.02
%量程
%
±3
±10
±4
±14
mV
±3
±10
-80
-300
nA
±8 ±100 nA
VCC-2.0
V
0.667
±10 200 200 0.22
0.70
±100 1000 500 0.5
* VS nA V
LM331/331A
电参数（二）
Ta=25℃,除其它特殊说明外
参数
测试条件
电流源（第1脚） 输出电流 电压变化引起的变化
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
AD7740电压频率转换
3V/5V 低功耗同步电压频率变换芯片AD7740电压频率转换器VFC （Voltage Frequency Converter ）是另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发布日期:2006-01-02 作者:许 柯 秦建军 张 厚 来源:国外电子元器件摘要：AD7740 是一种CMOS 型低功耗单通道单终端同步电压频率转换芯片，它具有缓冲和非缓冲两种模式。
工作范围宽，对外部元件要求小，输出频率准确，无须调整或校准。
可广泛用于各种A/D 转换系统，并可以和AD22100S 温度传感器构成数字式环境温度指示器等电路。
文中介绍了AD7740的结构、特点、功能、原理和几种典型的应用电路。
1 概述AD7740是一种低成本的超小型同步电压频率转换芯片（VFC ），该芯片的工作电压范围是3.0～3.6或者4.75～5.25V ；工作电流为0.9mA 。
AD7740有8脚SOT-23和8脚小型SOIC 两种封装形式。
体积小、成本低和易于使用是该芯片的主要设计思想。
该芯片还在内部集成有2.5V 带隙基准，用户也可使用外部基准，其外部基准最大力VDD 。
AD7740芯片的输出频率和CLKIN 时钟信号同步。
时钟信号可由附加的外部晶体振荡器（或谐振器）产生，也可由CMOS 兼容的时钟信号源提供。
AD7740的满刻度输入频率为1MHz 。
当模拟信号由0V 到VREF 变化时，AD7740的输出频率可在10%-90%fCLKIN 之间变化。
在缓冲模式下，该芯片的输入阻抗非常高。
此时其VIN 脚的输入电压为0.1V ～VDD-0.2V 。
在非缓冲模式下，VIN 脚的输入电压允许值为-0.15～VDD+0.15V 。
两种模式可通过BUF 脚相互转换。
AD7740（Y 等级）的工作温度范围是-40～+105℃。
AD7740（K 等级）的工作温度范围是0～85℃。
另外，AD7740还有如下特点：●内含单通道单终端两步电压频率转换器；●采用8脚SOT-23和8脚小型SOIC 两种封装；●内含2.5V 基准电压；●REFIN 端的电压基准额定范围是2.5V ～VDD ；●最大输入频率为1MHz ；●具有可选非缓冲输入和高阻抗缓冲输入；●在非缓冲模式下，AD7740的工作电压是3.0～3.6V或者4.75～5.25V，工作电流是0.9mA，最低功耗为3mW（典型值）；●双极工作时，模拟输入可以降低到-150mV以下；●对外部元件要求较小，不需要外接电阻电容来设置输出频率，满刻度输出频率由一个晶体或者时钟来决定，也不需要调整和校准；●具有自动断电功能；●无须电荷泵即可实现真正的-150mV能力。
LM2917电压转换器的原理及性能参数
LM2917电压转换器的原理及性能参数1. 概述LM2917 为单片集成频率－电压转换器，芯片中包含了一个高增益的运算放大器/比较器，当输入频率达到或超过某一给定值时，输出可用于驱动开关、指示灯或其它负载。
内含的转速计使用充电泵技术，对低纹波具有频率倍增功能。
另外LM2917 还带有完全的输入保护电路。
在零频率输入时，LM2917 的输出逻辑摆幅为零。
1.1 主要特点LM2917 具有以下特点：进行频率倍增时只需使用一个RC 网络；芯片上具有齐纳二极管调整电路，能够进行准确的频率－电压(电流)转换；以地为参考的转速计输入可直接与可变磁阻拾音器接口；运算放大器/比较器采用浮动晶体管输出；50mA 输出陷流或驱动能力，可驱动开关、螺线管、测量计、发光二极管等；对低纹波有频率倍增功能；转速计具有滞后、差分输入或以地为参考的单端输入；线性度典型值为±0.3％；以地为参考的转速计具有完全的保护电路，不会受高于VCC 值或低于地参考输入的损伤。
1.2 应用领域LM2917 可应用于以下领域：超速/低速检测；频率电压转换(转速计)；测速表；手持式转速计；速度监测器；巡回控制；车门锁定控制；离合控制；喇叭控制；触摸或声音开关。
1.3 电性能参数LM2917 的主要电性能参数如表1 所列。
2. 工作原理图1 所示为LM2917 的原理框图，各引脚功能如下：1 脚和11 脚为运算放大器/比较器的输入端；2 脚接充电泵的定时电容；3 脚连接充电泵的输出电阻和积分电容；4 脚和10 脚为运算放大器的输入端；5 脚为输出，取自输出晶体管的发射极；6，7，13，14 脚未用；8 脚为输出晶体管的集电极，一般接电源；9 脚为正电源端；12 脚为负电源端，一般接地。
运算放大器/比较器完全与转速计兼容，以一个浮动的晶体管作为输出端，具有强的输出驱动能力，能够以50mA 电流驱动以地为参考或以电源为参考的。
lm331工作原理
lm331工作原理LM331是一种广泛应用于电子测量和控制系统中的精密电压频率转换器。
它采用了一个非常简单但非常有效的工作原理来实现频率和电压之间的转换。
本文将介绍LM331的工作原理及其应用。
我们来了解LM331芯片的基本结构。
LM331由一个比较器、一个电压控制振荡器和一个计数器组成。
其中，比较器用于将输入电压与内部参考电压进行比较，并产生一个脉冲信号。
电压控制振荡器则根据比较器的输出调整其输出频率，而计数器则用于计数振荡器输出的脉冲信号。
通过计数器的计数结果，我们可以得到输入电压对应的频率值。
LM331的工作原理可以简单概括为如下几个步骤：1. 输入电压与参考电压比较：LM331的输入端接收到一个待转换的电压信号，该信号与芯片内部的参考电压进行比较。
比较结果将决定振荡器的输出频率。
2. 振荡器输出调整：根据比较器的输出结果，振荡器将调整自身的输出频率。
当输入电压高于参考电压时，振荡器的输出频率增加；反之，当输入电压低于参考电压时，振荡器的输出频率减小。
3. 计数器计数：振荡器输出的脉冲信号经过计数器进行计数。
计数器记录了振荡器输出的脉冲数量，从而反映出输入电压对应的频率。
4. 频率输出：计数器的计数结果可以通过芯片的输出引脚获得。
通过读取输出引脚的电压值，我们可以得到输入电压对应的频率信息。
除了基本的工作原理之外，LM331还具有一些特殊的功能和应用。
其中包括：1. 频率范围可调：LM331可以通过外部电路调整其工作频率范围，从几赫兹到几百千赫兹不等。
这使得LM331非常适用于需要测量或控制不同范围频率的应用。
2. 高精度：由于LM331采用了精密的比较器和振荡器设计，它可以实现非常高的频率和电压转换精度。
这使得LM331在需要高精度测量或控制的系统中得到广泛应用。
3. 低功耗：尽管LM331具有高精度和可调频率范围的特点，但其功耗却非常低。
这使得LM331在需要长时间运行或依靠电池供电的应用中具有优势。
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。
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课程设计说明书
课程名称：模拟电子技术课程设计
题目：电压频率转换器
学生姓名：
专业：
班级：
学号：
指导教师：
日期：年月日
电压/频率变换器
一、设计任务与要求
说明：电压/频率变换电路实质上是一种振荡频率随外加控制电压变化的振荡器。
主要技术指标与要求：
（1）设计一种电压/频率变换电路，输入υI为直流电压（控制信号），输出频率为ƒO的矩形脉冲，且
fυI。
O
（2）υI变化范围：0～10V。
（3）ƒO变化范围：0～10kHz
（4）转换精度<1% 。
二、方案设计与论证
可知电路有积分器，单稳态触发器，电子开关和恒流源电路组成，狂徒如下：Array
1、电压/频率变换器的输入信号频率 f。
与输入电压 Vi 的大小成正比，输入控制电压 Vi 常为直流电压，也可根据要求选用脉冲信号做为控制电压，其输出信号可为正弦波或者脉冲波形电压。
2、本设计利用输入电压的大小改变电容的充电速度，从而改变振荡电路的振荡频率，故采用积分器作为输入电路。
积分器的输出信号去控制电压比较器或者
单稳态触发器，可得到矩形脉冲输出，由输出信号电平通过一定反馈方式控制
积分电容恒流放电，当电容放电到某一域值时，电容 C 再次充电。
由此实现 Vi 控制电容充放电速度，即控制输出脉冲频率。
三、单元电路设计与参数计算
1、积分器设计：
积分器采用集成运算放大器和 RC 元件构成的反向输入积分器。
具体电路如下：
2、单稳态触发器设计 :
单稳态触发器采用 555 定时器构成的单稳电路。
具体电路如下：
3、电子开关设计
电子开关采用开关三极管接成反向器形式，当触发器的输出为高电平时，三极管饱和导通，输出近似为 0，当触发器输出为低电平时，三极管截止，输出近似等于+VCC.
4 、恒流源电路设计
恒流源电路可采用开关三极管，稳压二极管Dz 等元件构成。
具体电路如下所示。
R2/D1/D5给三极管提供基极偏置，R1提供射极偏置，与+/-15V电源构成恒流源电路，三极管的集电极电流为恒定电流。
当V1为低电平D2,D3
截止，D4导通，所以积分电容通过三极管放电。
当 V1为高电平D2、D3 导通，D4截止，输入信号对积分电容充电。
在单稳态触发器的输出端得到矩形脉冲。
四、总原理图及元器件清单
1 总原理图
2．元件清单
根据题目要求结合电路图，输入与输出关系 Vi∝f0，题目要求输入电压的范围为 0~10V，而输出频率要求为 0~10KHZ，所以该 VFC 电路需有 1khz/v 的换系数。
输入有信号电压 Vin 时，积分电容充电，积分器输出下降，当降至触发器的触发电平（〈1/3Vcc）， 555 置位，使得积分电容通过恒流源反向充电，当积
分电容电压上升到 2/3Vcc 时，又使 555 复位，积分电容又开始充电，从而形成
振荡。
因为单稳态电路的充电时间 tw=1.1R9*C3,选取 R9 为 45.4k,C3 为 1000p ，确定充电时间约为 0.05ms 。
根据所采用的恒 流源电路及参数设置以及输入电压与输出频率的关系，可确定恒流源对积分电容反向充电时间，从而确定 C1=0.025uf ，R1=20K 。
积分器相关计算：
首先假设电容正向充电占总脉冲的0.5
当输入端输入电压为1V 时，整个积分电路输出端的输出电压变化差值为1V ，则由积分电路公式dt u RC
u ⎰-
=I O 1
可得： -1V=1
1
RC -
*1V*0.5*T ① 其中T=1/f=1.0*10-3,由①可得：RC 1=0.5*10-3，令C1=0.025Uf,现电路中R5*0.025uF=0.5*10-3，符合计算得到的结果：R5=20千欧。
单稳态触发器相关计算：
输出脉冲的宽度Tw 等于暂稳态的持续时间,而暂稳态的持续时间长短又取决于定时元件R 和C 的大小.要输出10Khz 的方波,Tw=T/2=1/10000=0.05ms,而Tw=RCln3=1.1RC ，取C2=1000Pf,可求出R1约为45.4千欧. 仿真效果： Vi=+1V 时
Vi=+2V时
Vi=+3V时
当电压为+1V时一个周期T=1.00ms 则频率F1=1/T 则F1=1s/1.00ms=1000Hz
六、结论与心得
经过一周的模电课程设计，我选的题目是电压频率转换器，在中期汇报之前我看了模电课本课电子课程设计指导，上面有我们的选题基本原理知道以后便有了思路，然后借助百度的强大功能看了看网友是如何做的，基本思路有了之后我就可是设计电路图。
我的设计主要包括四个部分，积分器，单稳态触发器，电子开关还有恒流源电路。
我使用的是protues绘图以及仿真软件，但由于平时比较懒惰，用的比较少，很多功能都不会，非常的生疏，遇到不少问题，不过通过同学的帮助让我懂得了这次设计所要用到的功能。
这使我明白平时积累的重要性，让我知道
平常应该多弄弄这些软件，不能等到必须用到才去学习它，以后我一定要注意这些方面的积累。
经过一天的时间终于把原理图画好了，但是在仿真中出现了不少的问题，幸好我这个选题有四个人一样的，这样我可以向其他同学借鉴学习，这样少走了很多的弯路。
在电路图设计的过程中也遇到了很多的问题，软件很长时间没有使用很多元器件找不到，这样使我不得不花费一些时间来问度娘，四个模块的摆放位置也要合理这样才能看起来简单美观，等原理图画好了以后就开始调试了，但是对模拟示波器发比较生疏，波形的观察还有周期的测量带来了很多的不便，但是这些问题总归还是要解决的通过对RC器件的不断调试才能得到比较准确的数据，最终确定C1为25nF时候周期的测量值与理论值比较接近，还有对电阻也进行了更改将R5的43欧姆改为43.5的时候这样就更加的准确了，这样把RC电路的值搞好以后，便开始更改电压值测量对应的周期值，测量完了以后就应用公式计算对应的频率值，结果还是比较的理想的，跟理论值相差不多，在误差范围内。
通过这次课程设计，对模电又有了进一步的认识，对这个仿真软件也有了熟练的应用，总的来说还是有好的认识，课程设计还是学到了很多的东西，对一些器件也有了新的认识，也重新翻开了以前的课本，对模电知识也算做了一个粗略的温习，同学们彼此也很热心的帮助解决各种难题，这样才使得有很多疑难问题才能解决，每门课都有一个设计，感觉模电的设计还是有点吃力，或许是没有学习通透的原因吧，老师对我们也很耐心，在中期汇报的时候对很多同学也做出了指导，每位同学都能认真对待，所以我觉得这次课程设计还是很有意义的。
七、参考文献
《模拟电子技术及应用》李继凯编著
《电子技术课程设计指导》。