电压频率转换电路介绍及扩展

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1、实用文档学号201350420**测控课程论文学院物理电子工程学院专业电子信息工程年级2***级姓名***论文题目电压频率转换电路介绍及扩展指导教师***成绩标准文案实用文档201５年12月２５日一、应用背景：电压频率转换器VFC（Voltage 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。随电压—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

2、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。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。 二、V/f转换器详解V/f标准文案实用文档(电压/频率)转换器能把输入信号电压转换成相应的频率信号，即它的输出信号频率与输入信号电压值成比例，故又称为电压控制(压控)振荡器(VCO)。由于频率在传送过程中稳定度很高，能够很好排除干扰，所以其广泛应用在调频，锁相和A/D变换等许多技术领域。电路主要指标有：额定工作频率和动态范围，灵敏度或变换系数，非线性误差，灵敏度误差和温度系数等。通用V/

3、f转换电路有积分复原式转换电路和电荷平衡式转换电路。1、积分复原型下图1、(a)(b)分别为积分复原电路图和波形图。电路主要组成有：积分器、比较器和积分复原开关等(a)转换电路(b)波形图图1积分复原式V/f转换电路及波形图标准文案实用文档电路分析：电路包括积分器比较器和积分复原开关灯。其中由N2、R5-R8组成的滞回比较器的正相输入端两个门限电频为式中——输出限幅电压，其大小有稳压管VS2和VS3的稳压值所决定。当输入信号Ui=0时，N1组成的积分器输出UC为零。由比较特性可知，此时比较器输出的U0为负向限幅电压-Uz,开关管截止，比较器同向端电压Up为负向门限

4、电压U2。标准文案实用文档当输入信号Ui>0时，N1组成的积分器输出UC负向增加，UCU1时，比较器输出又由Uz突变为负向限幅电压Uz，V又处于截止状态，同时Up回复为U2，积分器重新开始积分。如此循环下去，因而积分器输出一串负向锯齿波，比较器输出响应频率的矩形脉冲序列，各级的输出波形如图(b)所

5、示。显然，输出电压U越大，积分器电容C充电电流及锯齿波电压斜率就越大，因此每次达到负向U2的时间也越短，输出脉冲的频率就越高。由电路可知，积分器在充电过程中的输出电压为uc(t)=-+U1令充电持续时间为T1，则有T1=对于放电工程，放电电流是个变数，其平均值为I=式中rce—晶体管V集电结ce结电阻放电持续时间T2为T2=

6、

7、C=2(R3+rce)C

8、

9、因此，充放电周期为T=T1+T2=(U1-U2)C[]由上式可见，周期T包括两项：第一项由输入电压对电容C的充电过程决定，f-V关系是线性的；第二项为一常数，它的大小由C的放电过程决定，是给f-V关系带来非线性的

10、因素。为提高V/f转换的线性度，要求>>标准文案实用文档在上述条件下，放电时间可以忽略，输出脉冲的频率为f0==ui2、电荷平衡式V/f转换电路电荷平衡式V/f转换电路基于电荷平衡原理，主要由积分器N1、过零比较器N2、单稳定时器等组成，如图2所示。a)转换电路标准文案实用文档Ifuc1uc2uc30000I10EmtttttIj－Ema)波形图图2电荷平衡式V/f转换电路及波形图假使ui>0,当积分器N1输出电压uc下降到零时，比较器N2翻转，触发单稳定时器产生脉宽为t0的脉冲，该脉冲接通恒流源，设计>i,从而使uc迅速向上斜变。当脉冲结束后，开关S断开，由ui

11、产生的电流i=ui/R向电容C充电使uc迅速向上斜变。当uc过零时，比较器又一次翻转使单稳定时器产生一个t0脉冲，电容器再一次放电，如此反复下去。在一个周期内，电容C上的电荷量不发生变化，即由i产生的充电电荷与产生的放电电荷相等。在充电时间t1内的电荷量为Q1=it1在放电时间t0内的电荷量为标准文案实用文档Q0=t0由电荷平衡原理，Q0=Q1，得t1=()t0输出脉冲频率为f==i=由上式可以看出，该种转换器从原理上消除了积分复原时间所引起的非线性误差，故大大的提高了转换的线性度。集成V/f转换器大多采用电荷平衡型V/f转换电路做基本电路。3、集成V/F转换器L

12、M331为