电压-频率变换器
电压+频率转换器BG382的原理及应用
电压/频率转换器BG382的原理及应用1 概述在利用单片机设计的自动测量和控制系统中，经常要将电压信号转换为频率信号或将频率信号转换成电压信号。
这里要介绍的V/F和F/V转换器件BG382就可实现电压和频率的相互转换，而且具有较高的精度、线性和积分输入特性，利用它可以抑制串扰干扰。
如果将其输出的信号调制成射频信号或光脉冲，还可在不受电磁影响的情况下进行无线或光纤等远距离通信传输。
2 BG382的封装及引脚图1所示是BG382的外型封装形式。
其引脚及功能如表1所列。
表1 BG382的引脚功能3 BG382的V/F和F/V转换3．1 V/F转换电路图2所示是由BG382组成的简单V/F变换器，其输入为10mV~10V，输出为10Hz~1 0kHz，满刻度线性精度的典型值为±0.5%。
影响上面电路线性精度的原因是恒流源1端的电压会随输入端输入电压的变化而变化，从而使恒流源的性能变差，Io约为137μA。
如果输入电压由10mV变为10V，由此所引起的Io变化约为1μA，即对Io的影响为1/137。
而Io的变化将影响输出频率的变化，从而使线性精度的曲线上端向上翘；另外，由于集成电路内比较器的输入端，即6、7脚存在失调现象，影响了线性精度的低端；同时由于比较器的增益较低，也影响了其灵敏度，增大了误差。
以上电路仅适用于精度要求不高方面的应用，图3所示是由BG382组成的高精度V/F 转换电路，其精度可达±0.05%，该电路采用了由运放BG305和积分电容C1组成的有源积分电路，这个积分电路将负载输入电压变为正斜坡电压，当积分器输出达到BG382 内部比较器的比较电平时，单稳电路被触发，恒流源的电流Io从1端流出，使积分器的输出急剧下降，单稳输出结束时，斜坡输出电压上升，重复以上转换周期。
由于信号从运算放大器的反相端输入，因此要求输入信号为负值，如果信号从运算放大器同相端输入，则输入信号应为正。
频率信号的获取方法
自动检测中获取频率信号的方法摘要：在微机测控系统中往往需要将被测信号（传感器信号）转换为频率信号。
获取频率信号的常用方法是使用集成电压/频率变换器（VFC），但集成VFC有一些明显的局限。
本文讨论了集成VFC的特点，以及在微机测控系统中获取频率信号的几种实用方法，恰当选用这些方法既能满足微机测控系统的应用需要，又能克服集成VFC的某些应用局限。
关键词：自动检测；频率信号；传感器；555定时器；锁相环Automatic detection for the method of frequency signalAbstract：It is very useful for measuring and controlling systems with microcontrollers to convert sensor signals into frequency signals. The integrated voltage-to-frequency converters are commonly used for this purpose. The integrated voltage-to-frequency converters have some significant limitations of performance and cost. In a microcomputer measurement and control system is discussed in this paper to obtain frequency signal of several practical methods (VFC) without integration and its characteristics, appropriate chooses these methods can not only meet the needs of the application of microcomputer measurement and control system, and integration of VFC some application limitation can be overcome.Key words：Automatic detection; Frequency signal; sensor; 555 timer; phase-locked loop (PLL)1 引言由于频率信号具有很多重要优点，如抗干扰性好、便于远距离传送输、送入微处理器时输入灵活、接口简单、占用I/O口资源少，因而在微机测控系统中有重要应用。
电压频率(VF)变换器.
输入电压Vi越大，积分电流Vi/R1就越大， 运放的输出电压上升越快，555定时器输出 方波频率越高。经分析，输出频率的公式 为：
f=Vi/10R1C1
实验元器件：
集成运放 μA741 1片
集成定时器 NE555 1片
电阻
100K 2只，15K 1只，10K 1只
电容
1000pF 1只， 33pF 1只
实验十 电压—频率（V/F）变换器
实验目的：
➢1.实现电压—频率的变换。
➢2.掌握电压—频率转换电路的工作原理和基 本特性。
实验原理：
由运算放大器555定时器组成的V/F变换器电路如下图 所示：
其工作原理是：
当555定时器输出近15伏时，3CJ1E截止， 运放输出完成积分运算，当运放的输出上升到 10伏时，555定时器输出变为低电平（0伏）， 3CJ1E开始导通，运放输出电压迅速下降；当 输出电压下降到5伏时，555定时器输出又变为 15伏（高电平），3CJ1E再次截止，运放的输 出电压又开始积分上升。如此反复，形成震荡。
场效应管 P736CJ 1只
实验思考题： 1. 列举555电路的其他应用？
LM331资料1
摘要:本文主要介绍一种应用V/F转换器LM331实现A/D转换的电路,本电路价格低廉，外围电路简单, 适合应用在转换速度不太高的场合应用.本文包括硬件电路和软件程序的实现. 关键词:A/D转换器,V/F转换器, 高精度.引言:数据的采集与处理广泛地应用在自动化领域中,由于应用的场合不同,对数据采集与处理所要求的硬件也不相同.在控制过程中,有时要对几个模拟信号进行采集与处理,这些信号的采集与处理对速度要求不太高,一般采用AD574或ADC0809等芯片组成的A/D转换电路来实现信号的采集与模数转换，而AD574和ADC0809等A/D转换器价格较贵，线路复杂,从而提高了产品价格和项目的费用.在本文中,从实际应用出发,给出了一种应用V/F转换器LM331芯片组成的A/D转换电路，V/F转换器LM331芯片能够把电压信号转换为频率信号，而且线性度好，通过计算机处理，再把频率信号转换为数字信号，就完成了A/D转换。
它与AD574等电路相比，具有接线简单，价格低廉，转换精度高等特点，而且LM331芯片在转换过程中不需要软件程序驱动，这与AD574等需要软件程序控制的A/D转换电路相比，使用起来方便了许多。
一. 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。
图1 LM331逻辑框图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。
电压频率转换器
辽宁工业大学模拟电子技术基础课程设计（论文）题目：电压/频率转换器院（系）：电子与信息工程学院专业班级：通信111学号： 110405003学生姓名：阚旋指导教师：（签字）起止时间：2013.7.1—2013.7.12课程设计（论文）任务及评语院（系）：电子与信息工程学院教研室：电子信息与工程f0的矩形脉冲，且。
（2）Vi变化范围：0~10。
（3）f0变化范围：0~10kHz。
（4）转换精度<1%。
设计要求：1 .分析设计要求，明确性能指标。
必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。
2 .确定合理的总体方案。
对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。
3 .设计各单元电路。
总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。
4.组成系统。
在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。
指导教师评语及成绩平时：论文质量：答辩：总成绩：指导教师签字：年月日注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘要电压/频率变换器实质上是一种振荡频率随外加控制变换器。
其主要是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与输入电压成正比，所以在调频，锁扣，和模/数变换等许多领域中，得到了非常广泛的应用，电压/频率变换电路中的主要部分已经能集成在一块硅片上，这就为它的广泛应用创造了有利条件。
压控振荡器的应用十分广泛，若用方波作为控制电压，压控振荡器就是双频振荡器，能交替输出两种频率的波型，若用正弦交流电压作为控制电压，压控振荡器就成了调频振荡器，能输出抗干扰能力很强的调频波，上述各类信号波形以应用于各种智能测试设备和自动控制系统中。
电压/频率变换器还具有精度高，线性度高，温度系数低，功耗低，动态范围宽的一系列优点。
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
第八章 信号变换电路
U o 2.09RL RtC t f i / Rs
D/A转换器工作原理
A R 2R 2R B 2R R C 2R R D 2R Rf 2R
S0
S1
S2
S3
Uo
UR
R2
iO
250C
1500C
iO=4mA iO=20mA
0.01F
铂电阻在00C时电阻为100，2660C时电阻为200 ，则 铂电阻的灵敏度为：R/ T=(200-100)/266 输入电压为eiN= 1mA· (150-25)R/ T=47mV
第三节 电流—电压变换
电流信号经过长距离传送到目的地后，往往需要在转 换成电压信号。下面介绍几种常用的转换电路：
＋15V
UIN
RL I0
U1＝UIN
T
U1
R1
U 1 U IN Io R1 R1
(2) 4～20mA V/I变换电路
＋15V
UIN
R1 R6 R2
R7
T1 T2 IE R3 I0 RL
R4
Ub R5
由于R4、R5>>R3+RL，可认为I0＝IE
U U IN IR R5 0 L R1 R1 R5 R1 R5
U i U c1 U c 2 R RL RL
同时可近似认为在半个周期内，电容两端电压 几乎不变，有Uc1=Uc2，代入上式得： c U i R L U
U o1 RL Ui R 2R L
Uo2 RL Ui R 2R L
R 2R L
调制器的构成是用一电子开关代替前面原理 图中的K。 调制器中的电子开关主要有三极管和场效应 管，构成的调制器原理图如下：
VFC320压频变换器的原理和应用
R1 和 C1 直接影响转换关系, 它们的制造公差可进
行补偿( 图 5 和图 6 中的 R3) , 但温度系数要小。可用陶 瓷萘基苯唑电容器, 同时要尽量缩短连线, 减小杂散电容
的影响, 或者在上式中扣除一个杂散电容修正量。
C2 的容 量对转换关系没有 直接影响, 但其漏电 流
会增 大转换误差, 陶瓷 电容器对多 数应用都 能满足 要
1 电路结构和特点
图1
图2 V FC320 的 结 构 如 图 1 所 示, 由 运 算 放 大 器 A M P 、电 压比较 器 A 和 B、触 发器 F F 、集电极 开路 晶 体 管 T 0 、- 7. 5V 的基 准电 压和 1m A 电 流源 IA 和 IB 组成。工作时只要接很少几个外部元件就可方便 调节 输入和输出的工作范围, 并容易保证转换精度。输入运
系统特别 适用于工业 干扰环境 中控制信 号的检测、传 递和处理。图 9 中, 脉冲信号是通过双扭线传送到目的 地, 再整形计数后送计算机处理。图 10 中则是利用光 纤传导, 实现了电隔离。脉冲信号到达目的 地后, 一路 经 V FC320 进行频率-电压 变换作模拟输出, 一路经时 钟闸门后计数, 实现数字显示。
图 7 中, R EF101 中的 精密电阻和 基准电压, 把加 在它 1 脚的- 10V 至+ 10V 的电压变换为 8 脚的 0 至 + 10V 的电压后, 再由 V F C320 去变换, 实现了双极性 的电压-频率变换。
图 8 是由 V F C320 构成 的数字 电压 表。 它把模拟 输入电 压变换 为频率 输出脉冲 后, 通过时钟 闸门去 计数, 最后以 数字形 式显示 出来。V FC320 的精度可 使其数字 分辨率达 到 14 位。
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课程设计Ⅱ题目电压频率变换器的设计学生姓名学号 0810064013 所在院(系)物电学院专业班级电子信息科学与技术081班指导教师完成地点陕西理工学院2011 年 11月 16 日设计题目：电压/频率变换器的设计学生信息姓名性别男班级电信081班学号0810064013任务要求电压/频率变换器输入V i为直流电压（控制信号），输出频率为f0的矩形脉冲；且Vi 变化范围：0～10V；f0变化范围：0～10kHz；转换精度<1%。
并且要有具体的仿真结果。
所需实验设备、器材、软件计算机，protel软件设计与制作方案、所用方法及技术路线1.明确性能指标，仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。
2.确定合理的总体方案。
对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。
3.设计各单元电路。
总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。
4.组成系统。
在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。
设计与制作进度第一周：对protel软件的学习和总体设计；第二周：对各部分功能的设计并且按时完成。
设计与制作完成情况完成了用软件仿真来实现电压/频率的变换。
硬件部分只设计了下电路没有实物。
设计与制作收获及总结：由于以前从未接触过protel，所以完全需要自学，书上的资料不够用，就去图书馆借书，上网查资料，发现问题，不断地改进，最终才得以克服。
特别谢谢我们的指导老师刘东老师在我做课程设计过程中对我的耐心指导，以及同学的帮助。
学生签字年月日设计与制作成绩（五级制）指导老师签字年月日教研室意见教研室主任签字年月日系领导意见领导签字年月日备注：学生除填写本表相应的内容外，还应撰写一份完整的设计与制作报告.电压/频率变换器的设计与制作（陕西理工学院物理系电子信息科学与技术专业07级2班，陕西汉中 723000）指导教师：【摘要】本次课程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。
【关键词】V/F转换；高精度；555定时器。
Voltage / frequency converter design and productionLi Kang( Shaanxi University of Technology Physics Department of electronic information science and technology 07 levels of 2 classes, 723001 Shaanxi, Hanzhoung )Instructor: Liu Dong[ Abstract ] the curriculum design using the magnitude of the input voltage of capacitor charging speed change, thereby altering the oscillation frequency of the oscillating circuit is used as an input circuit, an integrator. The integrator output signal to control the voltage comparator or monostable multivibrator, pulse output can be obtained by the level of the output signal, the integrator capacitor feedback control constant current discharge, when the capacitor is discharged to a certain threshold, the capacitor C recharging. The realization of Vi control capacitor charging and discharging speed, namely to control the output pulse frequency.[ Key words ] V / F conversion; high precision; 555 timer.目录1. 电压/频率变换器的原理及应用 (3)1.1实验目的及应用意义 (3)1.2设计要求 (3)1.3设计思路 (3)1.4原理图设计 (3)1.5电路图 (4)2.电压频率变换器各单元电路设计 (4)2.1积分器设计积分器采用集成运算放大器和 RC 元件构成 (4)2.2单稳态触发器设计 (5)2.3电子开关设计 (5)2.4恒流源电路设计 (5)3. 理论计算 (6)3.1基本计算 (6)3.2元件清单 (6)3.3仿真结果 (6)4. 设计总结 (8)致谢 (8)参考文献 (8)1. 电压/频率变换器的原理及应用1.1实验目的及应用意义1.学习简单积分电路的设计与调试方法。
2.了解积分电路产生误差的原因，掌握减小误差的方法。
1.2设计要求1.根据指标要求，设计积分电路并计算电路的有关参数。
2.画出标有元件值的电路图，制定出实验方案，选择实验仪器设备。
1.3设计思路电压/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。
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。
1.4 原理框图设计：1.5电路图：2.电压频率变换器各单元电路设计2.1 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。
2.2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：2.3 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。
2.4 恒流源电路设计恒流源电路可采用开关三极管 T，稳压二极管Dz 等元件构成。
具体电路如下所示。
当V1为 0 时，D2，D3 截止，D4 导通，所以积分电容通过三极管 T 放电。
当V1’为 1 时，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。
3. 理论计算3.1 基本计算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1~10V，而输出频率要求为1~10KHZ，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43k,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=0.1uf，R1=20K。
3.2 元件清单：3.3仿真结果:4. 设计总结电压/频率(U/F) 转换电路是将模拟电压信号转换成频率信号。
由于U/F 转换本身是一积分过程,其转换结果送给计算机是可采用简单的光电耦合,因而具有较强的抗干扰能力。
U/F 转换电路与计算机的接口比较简单，转换精度和线性度也比较好。
通过这次课设教我学会很多关于电子产品知识。
进一步的认识了我们现实生活电子产品，了解和掌握了一些简单电子元件的运用，大大的拓展了我们的知识面。
提高了自己以后在学习生活中自己动手能力。
给我们很大的启发，很有助于我们将来的学习生活和工作致谢：首先，要感谢刘东老师对我的悉心指导。
感谢我的本科学习中所有任课老师对我学业上的教导和帮助。
在大学四年中，他们向我们传授了专业知识，教给我们学习的方法，并引导我们解决学习中遇到的障碍，勇于知难而上。
能够在陕西理工学院完成我的本科学习，我感到非常的荣幸和自豪。
这四年将是我人生中最重要的，是我对人对事都有了深刻的认识。
感谢老师、同学们各种帮助，谢谢！参考文献1.康华光,陈大钦等.《电子技术基础》[M](第4版). 高等教育出版社,1998.5.2.傅晓林主编,吴培明副主编.《模拟电子技术》[M].重庆：重庆大学出版社,2003.1.3.姚金生,郑小利等编著.《电工学》[M] (第6版) .北京：高等教育出版社,2006.9.4.曾凡奎主编. 机械工业出版社《新简明电工手册》[M]（第1版）.2005.1.5.康华光主编. 高等教育出版社《电子技术基础》[M]（第4版）.1999.6.6.董在望主编. 《通讯电路原理》[M] (弟2版).北京：高等教育出版社,2002.5.7.汪慧,王志华编纂.《电子电路的计算机辅助分析与设计方法》[M].北京：清华大学出版社,1996.8.8.阎石.《数字电子基础》[M]（第4版）.西安：电子科技大学出版社,2001.3.。