电压-频率变换器LM331
LM331是美国NS公司生产的性能价格比较高的集成芯片。LM331可用作精密的频率电压（F/V）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他相关的器件。LM331为双列直插式8脚芯片，其引脚
如图3所示。
LM331内部有（1）输入比较电路、（2）定时比较电路、（3）R-S触发电路、（4）复零晶体管、（5）输出驱动管、（6）能隙基准电路、（7）精密电流源电路、（8）电流开关、（9）输出保护点路等部分。输出管采用集电极开路形式，因此可以通过选择逻辑电流和外接电阻，灵活改变输出脉冲的逻辑电平，从而适应TTL、DTL和CMOS 等不同的逻辑电路。此外，LM331可采用单/双电源供电，电压范围为4～40V，输出也高达40V。IＲ（PIN1）为电流源输出端，在f０（PIN3）输出逻辑低电平时，电流源ＩＲ输出对电容ＣＬ充电。引脚2（PIN2）为增益调整，改变ＲＳ的值可调节电路转换增益的大小。f０（PIN3）为频率输出端，为逻辑低电平，脉冲宽度由Ｒt和Ｃt决定。引脚4（PIN4）为电源地。引脚5（PIN5）为定时比较器正相输入端。引脚6（PIN6）为输入比较器反相输入端。引脚7（PIN7）为输入比较器正相输入端。引脚8（PIN8）为电源正端。
LM331频率电压转换器
V/F变换和F/V变换采用集成块LM331，LM331是美国NS公司生产的性能价格比较高的集成芯片，可用作精密频率电压转换器用。LM331采用了新的温度补偿能隙基准电路，在整个工作温度范围内和低到4.0V电源电压下都有极高的精度。同时它动态范围宽，可达100dB；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等变换电路，并且容易保证转换精度。
图2是由LM331组成的电压频率变换电路，LM331内部由输入比较器、定时比较器、R－S触发器、输出
驱动、复零晶体管、能隙基准电路和电流开关等部分组成。输出驱动管采用集电极开路形式，因而可以通过选择
逻辑电流和外接电阻，灵活改变输出脉冲的逻辑电平，以适配TTL、DTL和CMOS等不同的逻辑电路。
当输入端Vi＋输入一正电压时，输入比较器输出高电平，使R－S触发器置位，输出高电平，输出驱动管导通，
输出端f0为逻辑低电平，同时电源Vcc也通过电阻R2对电容C2充电。当电容C2两端充电电压大于Vcc的2/3时，定时比较器输出一高电平，使R－S触发器复位，输出低电平，输出驱动管截止，输出端f0为逻辑高电平，同时，复零晶体管导通，电容C2通过复零晶体管迅速放电；电子开关使电容C3对电阻R3放电。当电容C3放电
电压等于输入电压Vi时，输入比较器再次输出高电平，使R－S触发器置位，如此反复循环，构成自激振荡。输
出脉冲频率f0与输入电压Vi成正比，从而实现了电压－频率变换。其输入电压和输出频率的关系为：
fo=(Vin×R4)/(2.09×R3×R2×C2)由式知电阻R2、R3、R4、和C2直接影响转换结果f0，因此对元件的精度
要有一定的要求，可根据转换精度适当选择。电阻R1和电容C1组成低通滤波器，可减少输入电压中的干扰脉冲，有利于提高转换精度。
同样，由LM331也可构成频率－电压转换电路。
LM331压频变换器的原理及应用
摘要：介绍了集成电路LM331的结构和特点，分析了V/F和F/V电路的工作原理。同时也给出了一些应用的例子。
关键词：电压－频率变换；频率－电压变换；LM331
1. 概述
LM331是美国NS公司生产的性能价格比较高的集成芯片，可用作精密频率电压
转换器、A/D转换器、线性频率调制解调、长时间积分器及其他相关器件。LM331
采用了新的温度补偿能隙基准电路，在整个工作温度范围内和低到4.0V电源电压下
都有极高的精度。LM331的动态范围宽，可达100dB；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等变换电路，
并且容易保证转换精度。
LM331的内部电路组成如图1所示。由输入比较器、定时比较器、R－S触发器、输出驱动管、复零晶体管、能隙基准电路、精密电流源电路、电流开关、输出保护管等部分组成。输出驱动管采用集
电极开路形式，因而可以通过选择逻辑电流和外接电阻，灵活改变输出脉
冲的逻辑电平，以适配TTL、DTL和CMOS等不同的逻辑电路。LM331可采
用双电源或单电源供电，可工作在4.0～40V之间，输出可高达40V，而且
可以防止Vcc短路。
2. 工作原理
2.1 电压—频率变换器
图2是由LM331组成的电压椘德时浠坏缏贰Ｍ饨拥缱鑂t、C t和定时比较器、复零晶体管、R－S触发器等构成单稳定时电路。当输入端Vi＋输入一正电压时，输入比较器输出高电平，使R－S触发器置位，Q输出高电平，输出驱动管导通，输出端f0为逻辑低电平，同时，电流开关打向右边，电流源I R对电容C L充电。此时由于复零晶体管截止，电源Vcc也通过电阻R t对电容C t充电。当电容C t两端充电电压大于Vcc的2/3时，定时比较器输出一高电平，使R－S触发器复位，Q输出低
电平，输出驱动管截止，输出端f0为逻辑高电平，同时，复零晶体管导通，电容C t通过复零晶体管迅速放
电；电流开关打向左边，电容C l对电阻R L放电。当电容C L放电电压等于输入电压Vi时，输入比较器再次
输出高电平，使R－S触发器置位，如此反复循环，构成自激振荡。图3画出了电容C t、C l充放电和输出脉
冲f0的波形。设电容C L的充电时间为t1，放电时间为t2，则根据电容C L上电荷平衡的原理，我们有：
(I R－V L/R L)t1=t2V L/R L
从上式可得：
f0=1/(t1＋t2)=V L/(R L I R t1)
实际上，该电路的VL在很少的范围内(大约10mV)波动，因此，可认为V L=V t，故上式可以表示为：
f0==V t/(R L I R t1)
可见，输出脉冲频率f0与输入电压V i成正比，从而实现了电压－频率变换。式中I R由内部基准电压源供给的1.90V参考电压和外接电阻R s决定，I R=1.90/Rs，改变R s的值，可调节电路的转换增益，t1由定时元件R t和C t决定，其关系是t1=1.1R t C t，典型值R t=6.8kΩ，C t=0.01μF，t1=7.5μs。
由f0=V i/(R L I R t)可知，电阻R s、R l、R t和电容C t直接影响转换结果f0，因此对元件的精度要有一定的要求，可根据转换精度适当选择。电容C l对转换结果虽然没有直接的影响。但应选择漏电流小的电容器。电阻R1和电容C1组成低通滤波器，可减少输入电压中的干扰脉冲，有利于提高转换精度。
2.2 频率－电压变换器
由LM331构成的频率－电压转换电路如图4所示，输入脉冲f i经R1、
C1组成的微分电路加到输入比较器的反相输入端。输入比较器的同相输
入端经电阻R2、R3分压而加有约2Vcc/3的直流电压，反相输入端经电
阻R1加有Vcc的直流电压。当输入脉冲的下降沿到来时，经微分电路
R1、C1产生一负尖脉冲叠加到反相输入端的Vcc上，当负向尖脉冲大于
Vcc/3时，输入比较器输出高电平使触发器置位，此时电流开关打向右
边，电流源I R对电容C L充电，同时因复零晶体管截止而使电源Vcc通过电阻R t对电容C t充电。当电容C L两端电压达到2Vcc/3时，定时比较器输出高电平使触发器复位，此时电流开关打向左边，电容C L通过电阻R L放电，同时，复零晶体管导通，定时电容C t
迅速放电，完成一次充放电过程。此后，每当输入脉冲的下降沿到来时，电路重复上述的工作过程。从前面的分析可知，电容C L 的充电时间由定时电路R t、C t决定，充电电流的大小由电流源IR决定，输入脉冲的频率越高，电容C L上积累的电荷就越多输出电压(电容C L两端的电压)就越高，实现了频率－电压的变换。按照前面推导V/F表达式的方法，可得到输出电压V O与f i的关系为：V O=2.09R l R t C t f i/R s
电容C1的选择不宜太小，要保证输入脉冲经微分后有足够的幅度来触
发输入比较器，但电容C1小些有利于提高转换电路的抗干扰能力。电阻R L
和电容C L组成低通滤波器。电容C L大些，输出电压V O的纹波会小些，电容
C L小些，当输入脉冲频率变化时，输出响应会快些。这些因素在实际运用时
要综合考虑。
3. 应用
图5为由两块LM331组成的遥测电路。在人员不能进入或不易进入的场合，通过传感器将被测量转换为电压，经运算放大器放大为0～10V电压信号，由LM331进行V/F变换为脉冲信号，通过长双绞线传输到测量室，在测量室内通过光电耦合器转换为幅度稳定的脉冲电压，此脉冲电压再经LM331进行F/V变换为电压进行测量，从而可避免直接导线连接
到测量室而造成的线路衰减或干扰，提高测量精度。
当前，12位以上的A/D转换器的价格仍较昂贵，用V/F变换器来代替A/D转换器，在要求速度不太高的场合是一种较好的选择。用LM331构成的A/D变换器采集系统接口电路如图6所示。从传感器来的毫伏级的电压信号经低温漂运算放大器INA101放大到0～10V后加到V/F变换器LM331的输入端，从频率输出端f0输出的频率信号加到单片机8031的输入端T1上。根据分辨率的要求利用软件(限于篇幅，程序部分略)处理，最后得到A/D转换的结果。
世界各国电压频率一览表 广东瑞洲科技技术服务部搜集整理地区或国名频电压地区或国名频电压中文英文率单相三相中文英文率单相三相阿富汗Afghanistan50220220/380加彭Gabon50220220/380阿尔及利亚Algeria50127/220220/380冈比亚Gambia50230230/400安哥拉Angola50220220/380德国Germany50230220/380安地瓜Antiqua50230230/400加纳Ghana50220220/400阿根廷Argentina50220220/380直布罗陀Gibraltar50240240/415澳洲Australia50240240/415希腊Greece50220220/380奥地利Austria50220220/380关岛Guam60110 巴哈马Bahamas60120120/208危地马拉Guatemala60120/240220/240巴林Bahrain50110/230几内亚Guinea50220220/240孟加拉Bangladesh50230230/400圭亚纳Gayana50110/220220 巴贝多Babados50110/200120/208海地Haiti60110/220220 比利时Belgium50127/220220/380夏威夷Hawaii60120 百慕达Bermuda60115/230230洪都拉斯Honduras60110/220220 玻利维亚Bolivia50115/230220/380香港Hong Kong50220200/346巴西Brazil50/60127/220220/380匈牙利Hungary50220220/380保加利亚Bulgaria50220220/380冰岛Ice Land50220220/380缅甸Burma50230230/440印度India50230220/380 230/400喀麦隆Cameroon50220220/380印尼Indonesin50127/200220/380加拿大Canada60120220/240伊朗Iran50110/220220/380中非Central Africa60220220/380伊拉克Iraq50220220/380 Rep. 锡兰Ceylon60230230/400爱尔兰Ireland50220220/380智利Chile60220220/380以色列Israel50230230/400中国China50220220/380意大利Italy50127/220220/380哥伦比亚Colombia60110/220220牙买加Jamaica50100/220220 刚果Congo50220220/380日本Japan50/60110/220220 哥斯达黎加Costa Rica60120/240240约旦Jordan50220220/380古巴Cuba60115/120韩国Korea60110/220200 塞浦路期Cyprus50240240/415科威特Kuwait50220220/380捷克Czech50220220/380黎巴嫩Lebanon50110/190220/380丹麦Danmark50220220/380利比亚Libya50127/220220/230 400 多米尼加Dominican60110/220220卢森堡Huxembourg50120/208220/380厄瓜多尔Ecuador60120/127208/220澳门Macao50115/220220/380埃及Egypt50220220/380马约卡岛Majokca Island50127/220220/380萨尔瓦多EI Salvador60115230马拉加什Malagasy Rep.50127/220220/380赤道几内亚Equatorial Guinea50220马来西亚Malaysia50115/240240/415法罗群岛Faeroe Lshands50220220/380马里Mali50220220/380裴济Fjji50240240/415马尔他Malta50240240/415芬兰Finland50220220/380毛里塔尼亚Mauritania50220220 法国France50220/127220/380毛里求斯Mauritius50230230/400
基于LM331频率电压转换器电路设计LM331基本上是从国家半导体精密电压频率转换器。该集成电路具有手像应用模拟到数字的转换，长期一体化，电压频率转换，频率电压转换。宽动态范围和出色的线性度，使适合上述应用的IC，这里的LM331作为电压转换器转换成一个成比例的电压，这是非常线性的输入频率与输入频率的频率有线。电压转换的频率达到差分输入频率使用电容C3和电阻R7，和由此产生的脉冲序列喂养的PIN6的 IC(阈值)。在PIN6负由此产生的脉冲序列的边缘，使得内建 说明 LM331基本上是从国家半导体精密电压频率转换器。该集成电路具有手像应用模拟到数字的转换，长期一体化，电压频率转换，频率电压转换。宽动态范围和出色的线性度，使适合上述应用的IC，这里的LM331作为电压转换器转换成一个成比例的电压，这是非常线性的输入频率与输入频率的频率有线。电压转换的频率达到差分输入频率使用电容C3和电阻R7，和由此产生的脉冲序列喂养的PIN6的 IC(阈值)。在PIN6负由此产生的脉冲序列的边缘，使得内建的比较器电路，触发定时器电路。在任何时刻，电流流过的电流输出引脚(引脚6)将输入频)的值成正比。因此，输入频率(FIN)成正比的电压(VOUT)率和定时元件(R1和C1 将可在负载电阻R4 。电路图
注意事项 该电路可组装在一个VERO板上。 我用15V直流电源电压(+ VS)，同时测试电路。 LM331可从5至30V DC之间的任何操作。 R3的值取决于电源电压和方程是R3 =(VS - 2V)/(2毫安)。 根据公式，VS = 15V，R3 = 68K。 输出电压取决于方程，VOUT =((R4)/(R5 + R6))* R1C1 * 2.09V *翅。壶R6可用于校准电路。
《模拟电子技术基础》课程设计报告题目电压/频率变换器 班级电科1124 姓名冯刚毅 学号201211911406 成绩 日期
课程设计任务书
一电压/频率变换器的设计方案简介 1.1 实验目的及应用意义 1．学习简单积分电路的设计与由555定时器组成的单稳态触发器。 2．用multisim设计出实验原题图，使V I变化范围：0∽10V，f o变化范围：0∽10kHz；并分析其功能原理。 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V i 的大小成正比，输入控制电压V i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V i 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
电压频率转换器原理框图1.5 电路图
二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R C 元件构成的反向输入积分器。具体电路如下： 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D z 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，所以积分电容通过二极管放电。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。
LM331压频变换器的原理及应用 1. 概述 LM331是美国NS公司生产的性能价格比较高的集成芯片，可用作精密频率电压转换器、A/D转换器、线性频率调制解调、长时间积分器及其他相关器件。LM331采用了新的温度补偿能隙基准电路，在整个工作温度范围内和低到4.0V电源电压下都有极高的精度。LM331的动态范围宽，可达100dB；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等变换电路，并且容易保证转换精度。 LM331的内部电路组成如图1所示。由输入比较器、定时比较器、R－S触发器、输出驱动管、复零晶体管、能隙基准电路、精密电流源电路、电流开关、输出保护管等部分组成。输出驱动管采用集电极开路形式，因而可以通过选择逻辑电流和外接电阻，灵活改变输出脉冲的逻辑电平，以适配TTL、DTL和CMOS等不同的逻辑电路。LM331可采用双电源或单电源供电，可工作在4.0～40V之间，输出可高达40V，而且可以防止Vcc短路。 2. 工作原理 2.1 电压—频率变换器 图2是由LM331组成的电压椘德时浠坏缏贰Ｍ饨拥缱鑂t、Ct和定时比较器、复零晶体管、R－S触发器等构成单稳定时电路。当输入端Vi＋输入一正电压时，输入比较器输出高电平，使R－S触发器置位，Q输出高电平，输出驱动管导通，输出端f0为逻辑低电平，同时，电流开关打向右边，电流源IR对电容CL充电。此时由于复零晶体管截止，电源Vcc也通过电阻Rt对电容Ct充电。当电容Ct两端充电电压大于Vcc的2/3时，定时比较器输出一高电平，使R－S触发器复位，Q输出低电平，输出驱动管截止，输出端f0为逻辑高电平，同时，复零晶体管导通，电容Ct通过复零晶体管迅速放电；电流开关打向左边，电容Cl对电阻RL 放电。当电容CL放电电压等于输入电压Vi时，输入比较器再次输出高电平，使R－S触发器置位，如此反复循环，构成自激振荡。图3画出了电容Ct、Cl充放电和输出脉冲f0的波形。设电容CL的充电时间为t1，放电时间为t2，则根据电容CL上电荷平衡的原理，我们有：(IR－VL/RL)t1=t2VL/RL 从上式可得： f0=1/(t1＋t2)=VL/(RLIRt1) 实际上，该电路的VL在很少的范围内(大约10mV)波动，因此，可认为VL=Vt，故上式可以表示为： f0==Vt/(RLIRt1) 可见，输出脉冲频率f0与输入电压Vi成正比，从而实现了电压－频率变换。式中IR由内部基准电压源供给的1.90V参考电压和外接电阻Rs决定，IR=1.90/Rs，改变Rs的值，可调节电路的转换增益，t1由定时元件Rt和Ct决定，其关系是t1=1.1RtCt，典型值Rt=6.8kΩ，
机械与电子工程学院 课程设计报告 课程名称模拟电子技术课程设计设计题目电压频率变换器 所学专业名称电气信息类 班级电类114班 学号********** 学生姓名王*金 指导教师汪* 2012年12月23日
机电学院模拟电子技术课程设计 任务书 设计名称：电压频率转换器 学生姓名：王*金指导教师：汪* 起止时间：自2012 年12 月10 日起至2012 年12 月25 日止 一、课程设计目的 1).熟悉集成电路及有关电子元器件的使用; 2).了解电压平频率转换器主体电路的组成及工作原理; 3).学习电路中基本电路的应用以及单稳态触发器等综合应用。 二、课程设计任务和基本要求 设计任务： 1）.熟悉和应用比较器的构成及设计方法，尤其是迟滞比较器的应用。 2）.熟悉和应用积分器的构成和设计方法，了解电容在其中的工作原理。 3）.熟悉和简单应用二极管作电子开关的构成和设计方法。 4）.熟悉迟滞比较器与积分器之间的波形转换。 5）.熟悉掌握运用multisim画图、调试和仿真。 基本要求： 1).有明确的设计方案使操作简便易行。 2）.设计一个将直流电压转换成给定频率的矩形波，包括：积分器；电压
比较器。 3）.输入为直流电压0-10V。 4）.输出为f=0-500Hz的矩形波。 5).按规定格式写出课程设计报告书。
机电学院模拟电子技术课程设计指导老师评价表
目录 摘要和关键词 (1) 第一章设计指标 (2) 1.1 设计指标 (2) ◆ 1.1.1设计内容 (2) ◆ 1.1.2设计要求 (2) 第二章系统设计原理及内容 (2) 2.1 设计思想 (2) 电压/频率转换器原理框 (2) 第三章电路各模块方案设计 (3) 3.1 积分器的设计方案 (3) 3.2比较器的设计方案 (4) ◆ 3.2.1电压比较器 (4) ◆ 3.2.2过零比较器 (5) 3.3单稳态触发器 (6) 3.4低通滤波器 (6) 3.5模块的整合 (7) ◆ 3.5.1 电压/频率 (7) ◆ 3.5.2 频率/电压 (7) 第四章结束语 (8) 4.1心得体会 (8) 元件清单 (9) 参考文献 (9)
各国电压频率
各国电压频率 阿根廷：电压:220V (单相) ，380V (三相)，频率:50Hz 巴西：电压:110/220V(单相) ，380/460V(三相)，频率:60Hz 加拿大：电压:120/240V (单相) ，208/240V (三相)；频率:60Hz 墨西哥：电压:127/220V (单相) ，220V (三相)；频率:60Hz 美国：电压:120/240V (单相) ，208/240V (三相)；频率:60Hz 澳大利亚 / 新西兰：电压:240/415V (单相) ，415V (三相)；频率:50Hz
香港：电压:120/220V (单相) ，220V (三相)；频率:50Hz 印度：电压:230V；频率:50Hz 印尼：电压:230V (单相) ，380V (三相) ；频率:50Hz 日本：电压:100/200V (單相) ，200V (三相)；频率:50Hz 韩国：电压:220 (单相) ，380 (三相)；频率:60Hz 马来西亚：电压:220-240V；频率:50Hz 菲律宾：电压:220V 频率:60Hz
新加坡：电压:230V (单相) 400V (三相) 频率:50Hz 台湾：电压:110/220V (单相) 220V (三相)频率:60Hz 泰国：电压:220V (单相) 380V (三相)频率:50Hz 越南：电压:120/220V (单相) 220V (三相)频率:50Hz 丹麦：电压:230V (单相) 380V (三相) 频率:50Hz 芬兰：电压:230V (单相) 380V (三相) 频率:50Hz
低频电子线路课程设计频率/电压变换器 电子信息工程三班 江海东 学号：2220083421
一、概述 本课题要求设计一个频率/电压变换电路，电路的输入信号为正弦波，电路的输出信号是直流电压，当输入信号的频率变化时，输出的直流电压随输入信号的频率发生线性变化。为电路的设计提供集成频率——电压变换器LM331和集成运放LM324这两种集成芯片，芯片的技术资料和使用方法查阅相关资料。 熟悉集成频率——电压变换器LM331的主要性能和一种应用； 熟练掌握运算放大器基本电路的原理，并掌握它们的设计、测量和调整方法。 二、技术要求： 1、输入信号：波形：正弦波； 峰—峰值：200mV； 频率变化范围：200Hz~2.0kHz。 2、输出信号：直流电压； 电压变化范围：1.0~5.0V；随频率线性变化。 3、电源电压：-12V~+12V范围内选择。 三、设计过程： 1、实验仪器：电源两个，函数信号发生器一台，万用表一块，电压表一块，示波器一个，面包板一个，LM331及LM324芯片各一个，电阻、电容、电位器、导线若干。 2、LM331的简要工作原理： LM331 可用作频率――电压转换（FVC）； LM331用作FVC时的原理框如图5-1-1所示：
R +V CC 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:
2/3V CC v ct V 0 v CL p-p V CC 1 s t 图5-1-2 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）。
世界各国家的电压和频率 阿根廷：电压:220V (单相) ，380V (三相)，频率:50Hz 巴西：电压:110/220V(单相) ，380/460V(三相)，频率:60Hz 加拿大：电压:120/240V (单相) ，208/240V (三相)；频率:60Hz 墨西哥：电压:127/220V (单相) ，220V (三相)；频率:60Hz 美国：电压:120/240V (单相) ，208/240V (三相)；频率:60Hz 澳大利亚/ 新西兰：电压:240/415V (单相) ，415V (三相)；频率:50Hz 香港：电压:120/220V (单相) ，220V (三相)；频率:50Hz 印度：电压:230V；频率:50Hz 印尼：电压:230V (单相) ，380V (三相) ；频率:50Hz 日本：电压:100/200V (单相) ，200V (三相)；频率:50Hz 韩国：电压:220 (单相) ，380 (三相)；频率:60Hz 马来西亚：电压:220-240V；频率:50Hz 菲律宾：电压:220V 频率:60Hz 新加坡：电压:230V (单相) 400V (三相) 频率:50Hz 台湾：电压:110/220V (单相) 220V (三相)频率:60Hz 泰国：电压:220V (单相) 380V (三相)频率:50Hz 越南：电压:120/220V (单相) 220V (三相)频率:50Hz 丹麦：电压:230V (单相) 380V (三相) 频率:50Hz 芬兰：电压:230V (单相) 380V (三相) 频率:50Hz 德国：电压:230V (单相) 380V (三相) 频率:50Hz 匈牙利：电压:230V (单相) 380V (三相) 频率:50Hz
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。
5.2 频率/电压变换器 本课题介绍一种频率/电压变换器的设计方法，通过本课题要求熟悉集成频率集成频率/电压变换器LM331的主要性能和典型应用，掌握运算放大器基本电路的原理，并掌握它们的设计、测量和调整方法。 一、设计要求 1. 技术要求 (1)当正弦波信号的频率f i在200Hz?2kHz范围内变化时，对应输出的直流电压V在1V?5V范围内线性变化。 (2)正弦波信号源采用函数波形发生器(参见 5.1节)。 (3)采用土12V电源供电。 2. 方案选择 可供选择的方案有两种： (1)用通用型运算放大器构成微分器，其输出与输入的正弦信号频率成正比。 (2)直接应用频率电压变换专用集成块LM331,其输出与输入的脉冲信号重复频率成正比。 因第2种方案的性价比较高，故本题用LM331实现。 3^ LM331的工作原理 LM331的引脚排列和主要性能见附录。LM331即可用作电压/频率转换，也可用作频率/电压转换。 LM331的原理框图如图5-2-1所示。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。 图5-2-1 LM331原理框图 该器件的工作过程(结合图5-2-1所示的波形)如图5-2-2所示
其中1.90V 是LM331内部的基准电压（即②脚上的电压）。于是得 V o = 2.09^R t C t f t 可见，当 眩、R 、G 、R —定时，V O 正比于f i ,显然，要使V O 与f i 之间的关系保 持精确、稳定，则应选用高精度、高稳定性的元件。 当输入负脉冲未达到 时，由于⑥脚电平?Vcc , 高于⑦脚电平，所以 S=0 （低电平）。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 C 有Vcc 经R 充电，其上 电压V et 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 C L 充电，V C L 按线性增大（因 为是恒流源对C L 充电）。 经过1.1R t C t 的时间， V et 增大到2/3VCC 时，则R 有效（R=1, S=0）, Q' =1， 于是T 导通，e 通过T 迅 速放电。与此同时，开关 使恒流源I 接地，从而Q 通过R.放电，V CL 减小。 当下一个输入负脉冲 到达时，又使S=1, Q' =0, e 、C L 再次充电。然后，又 经过I.IR t C 的时间返回 到G 、C L 放电。 以后就重复上面的过 程，于是在R.上得到一个 直流电压V O （这与电源的 整流滤波原理类似），并且 V O 与输入脉冲的重复频率 f i 成正比。 C L 的平均充电电流为I x （ I.IR t C t ） 电平均电流平衡时，有 V O =I x （ I.IR t C t ） 式中I 是恒流源电源 图5-2-2 LM331工作波形 X f i ，平均放电电流为 V O /R L ,当Q 充放 X f i X R. 3 1
电压频率与频率电压 转换电路 2011年8月24日
目录： 摘要： (2) Abstract: (2) 一、设计方案 (3) （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) （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) 二、主体电路设计 (8) 三、电路安装 (9) （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) 1
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: LM331 frequency voltage transformation filter 2
频率/电压变换器实验报告 一：已知条件与技术指标 (1) 本次设计函数发生器采用实验台的函数波形发生器。确定可调范围设在 200HZ----2000H z,在调试过程中，挑选中间的几个值进行测试。 (2) F/V变换采用集成块LM331构成的典型电路。通过参考书和报告上的指导书确定相关参数，测定输出的电压范围。 (3) 反相器采用比例为-1,通过集成芯片OP07实现。 (4) 反相加法器同样用芯片OP07实现，通过调节V R的大小。使输出的电压在1-5V。 (5) 采用+ -12V电源供电 二：电路原理 系统构成的主要流程图 参考电压V R 4、分析并计算主要元件参数值
+V C C (1) F/V转换部分：(i)LM331的内部原理图
+V C C 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. 工作过程及工作波形如图所示: R
CC p-p s 2/3V t 图5-1- 2 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C t由V cc经R t充电，其上电压V et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C L充电，V CL 按线性增大（因为是恒流源对C L充电）。 经过I.IR t C t的时间，V et增大到2/3V cc时，则R有效（R=1，S=0），Q =0， C t、C L再次充电。然后，又经过I.IR t C t的时间返回到C t、C L放电。 以后就重复上面的过程，于是在R L上就得到一个直流电压V。（这与电源的整流滤波原理类似），并且V。与输入脉冲的重复频率f i成正比。 C L的平均充电电流为i x （I.IR t C t）x f i C L的平均放电电流为V O/R L 当C L充放电平均电流平衡时，得： V o=| X Q.IR t C t）x f iX R L 式中I是恒流电流，l=1.90V/R S 式中1.90V是LM331内部的基准电压（即2脚上的电压）。 于是得： R V。=2.09—^R t C t f j R S 可见，当R s、R t、C t、R L一定时，V o正比于f i，显然，要使V。与f i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f i，要使V。为一定植，可调节R s的大小。恒流源电流I允许在10 J A~500 J A范围内调节，故R s可在190k 43.8 k Q范围内调节。一般R s在10k Q左右取用
基于单片机的电压频率转换电路设计、装配与调试 1．电压频率转换电路 图3-13 LM331构成单片机V/F数据采集前向通道电原理图 1．电路工作原理分析 LM331片内能隙基准电路产生1.9V直流电压送到2脚，并钳位在1.9V上。当2脚外接R S+R S’，后形成基准电流i＝1.9/(R S+R S’)。本例i＝1.9/(12k+R S’)，i max＝1.9/12k＝158μA，i min＝1.9/17K＝112μA。 片内输入比较器的两个输入端：7脚接被测输入电压V IN。6脚为阈值电压V X,并与电流输出端1脚相连。外接R L、C L电路。片内定时比较器两个输入端：一个在片内通过R、2R电阻分别与V CC、GND相连；获得固定的比较电压2/3V CC。另一个输入端5脚接Rt、Ct相连；获得随Ct充电状态变化的电压V5。V5与2/3V CC 比较，当Ct充电到V5>2/3V CC时，定时比较器使片內R-S触发器复位。在R-S 触发器复位状态下电流开关断开，输出驱动晶体管截止，使Ct开始放电。片內R-S触发器与定时比较器和复位晶体管以及外接Rt、Ct构成一个单稳脉冲定时器。定时周期T＝1.1Rt×Ct。 当输入比较器的V IN>V X时，启动单稳脉冲定时器并导通频率输出晶体管，使3脚连接的光电耦合器导通。同时片内开关电源导通电流i通过1脚向C L充电，Vx逐渐升高；当Vx上升到V IN
注入C L 的平均电流IA VE ＝i ×t ×fout 严格地等于Vx ／R L 。IA VE ＝i ×t ×fout ＝ Vx/R L 。又V IN ≈V X ，故有： i ×t ×fout ≈ Vx/R L fout ＝t i R V L IN ??＝)'/(9.11.1RS RS C R R V t t L IN +???＝t L IN C Rt R RS RS V ???+?09.2） ’（ 根据已知电路参数R S +R S ’＝15k ，R L ＝100k ，Rt ＝6.8k ，Ct ＝0.01μF fout ≈000001.001.010008.6100010009.2001015????????IN V ＝1000VIN 可得当V IN =1V 时，fout=1000HZ 。V IN =10V 时，fout=10000HZ ，线性度可达0.01`％。 输入电压V IN 经一个R C 低通滤波器消除干扰，进入输入端7脚。R C 滤波器截止频率fo 为: fo ＝112C R V IN π=000001 .04.010*******.321?????≈16HZ R S 、R L 、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。R S 、R L 、Rt 和Ct 要选用低温漂的稳定元件，C L 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 脉冲fc=6MH Z ／12=500 KH Z ，由测频公式fout ＝ c x n n *fc (x n 为被测信号计数值，c n 为定时脉冲计数值)，当c n 固定时，为频率法，当x n 固定时，为周期法。 由于定时的起始、结束边沿与被测的计数脉冲边沿不同步，将出现±1个被测的计数脉冲的误差δ，误差δ与被测量信号频率fout 有关，fout 越低，误差δ越大。要实现高精度频率测量，可采用同步计数技术来改善误差δ。用频率低的被测信号来控制定时计数的起始、结束（同步），此时产生的±1个脉冲的误差δ为±1个频率高的定时计数脉冲，降低了误差δ。同步计数时序见图3-14，fout-
模拟电子技术基础 题目名称：电压/频率变换器 班级： 姓名： 学号： 完成日期： 2011-6-10
摘要 本实验是对信号的产生、处理及变换功能电路的设计，在实际生产和操作中有这应用广泛。本设计是主要针对的是模拟电子技术课程的设计，具有可操作性和应用性，学生能够独立完成。电路信号的转换已经在电子领域中广泛应用，如：采样/保持（S/H）电路、电压比较电路、V/f（电压/频率）变换器、f/V（频率/电压）转换器、V/I（电压/电流）转换器、I/V（电流/电压）转换器、A/D（模/数）转换器、D/A（数/模）转换器等。可以从本实验中学习到更多的电路设计的方法，激发学生的设计兴趣和激情，为以后的学习和工作打下良好大的基础。而V/f（电压/频率）转换器便是本实验的主要内容。
目录 一. 设计任务 二. 简略设计方案 三. 电路构成和部分参数计算 1．积分电路 2．单稳态触发器电路 3. 电子开关电路图 4．恒流源电路的设计 四．总原理图和元器件清单 1.总原理图 2.元件清单 五．基本计算与仿真调试分析 1.基本计算 2.仿真结果 六．PCB仿真图 七. 设计总结 八．参考文献 一、设计任务
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?O的矩形脉冲，且 fυI。 O 2.υI变化范围：0～10V。 3.?O变化范围：0～10kHz 4.转换精度<1% 。 二、设计方案 可知电路主要是由积分器、单稳态触发器、电子开关和恒流源电 三、电路构成和部分参数计算 1.、积分电路： 积分电路采用集成运算放大器和RC元件构成反向输入积分器。电路图如下：
频率电压插头频率电压插头English 中文（Hz）（Volt）（Plug）English 中文（Hz）（Volt）（Plug）Algeria 阿尔及利亚50127,220EP,EP3,BP Korea 韩国60100EP Argentina 阿根廷50220EP2,BP Kuwait 科威特50240CP2Australia 澳大利亚50240AP3Lebanon 黎巴嫩50110CP2Austria 奥地利50220CP2Libya 利比亚50125BP3Belgium 比利时50127,220BP3Luxembourg 卢森堡50110,220CP2Bolivia 波利维亚50,60220EP,EP3Malaya 马来亚50230,240BP3,BP Brazil 巴西60220CP2Mexico 墨西哥50,60120EP Bulgaria 保加利亚50220CP2Monaco 摩纳哥50127,220CP2Burma 缅甸50230CP2Netherland 荷兰50220GP Canada 加拿大60120EP,BP New Zealand 新西兰50230AP3Chile 智利50220CP2Nicaregua 尼加拉瓜60120EP Colombia 哥伦比亚60115EP Nigeria 尼日尼亚50230BP3,BP2Congo 刚果50220CP2Norway 挪威50230CP2Costa Rica 哥斯达黎加 60110EP Okinawa 那霸60100EP Cuba 古巴60115,120CP2Pakistan 巴基斯坦50220BP2,BP3Czecheckwakis 捷克50110,220BP3Panama 巴拿马60120EP Denmark 丹麦50220CP2Peru 秘鲁60110,220EP,CP2Dominica 多明尼加60115EP Philippines 菲律宾60220BP3,EP Dubal 杜拜50220 BP2Poland 波兰50220CP2Ecuador 厄瓜多尔60110,120,127 EP Portugal 葡萄牙50220CP2,BP3El Salvador 萨尔瓦多50110EP Romania 罗马尼亚 42,50220CP2England 英国50230,240BP3,BP Saipan 塞班岛60110EP Finland 芬兰50220CP2Saudi Arabia 沙特阿拉伯 50,60120,220CP2,EP France 法国50220CP2Sierra Leono 狮子山50230CP2,BP3Germany 德国50220GP South Afria 南非50230BP3Ghana 加纳50220BP2Spain 西班牙50220CP2,EP Greece 希腊50220BP3Sudan 苏丹50240BP3,BP2Guam 关岛60110EP Surinum 苏利南60127 CP2Guatemala 瓜地马拉50,60220EP Swaden 瑞典50120,127,220 CP2Haiti 海地60115EP Swizerland 瑞士50220CP2Hawaii 夏威夷60120EP Syria 叙利亚50110CP2Honduras 宏都拉斯60110,220EP Tanzania 坦桑尼亚50230BP3,BP Hong Kong 香港50220BP3Thailand 泰国50220BP2,BP3Hungary 匈牙利40,50220CP2Tunisia 突尼斯60230CP2India 印度50230BP2,BP3Turkay 土耳其50110,220CP2Indonesia 印尼50110BP3Uganda 乌干达50230BP2Iran 伊朗50220CP2Unied Arab 阿拉伯联邦50110,220EP Iraq 伊拉克50220CP2U.S.A.美国60115,120EP Jamaica 牙买加50,60110EP,CP2U.S.S.R.俄罗斯50110,220CP2Jordan 约旦50220CP2Viet-Nam 越南50,60120EP Japan 日本50,60100EP Yusoalavia 南斯拉夫50220CP2Israel 以色列50230CP2Egypt 埃及50220BP2Morocco 摩洛哥50110,220CP2Cyprus 塞浦路斯50220BP2Kenya 肯亚 50 230 BP3,BP Paraguay 巴拉圭 50 220 CP2 (A.P.)Australia Plug (B.P.)British Standard Plug (C.P.)Conlinsntal Plug (E.P.)Edison Plug (G.P.)Germany Plug 国（地区）名国（地区）名世界各国电压、频率、插头形式一览表 世界各国电压、频率、插头形式一览表
电压频率和频率电压转换电路的设计 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。
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。滞回比较器：用来输出矩形波，积分器得到的三角波可触发比较器自动翻转形成矩形波。稳压管：用来确定矩形波的幅值。 图2 总体框架图2、2 功能模块的设计2、2、1 积分电路工作原理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。由于同相积分电路的共模输入分量大，积分误差大，应用场合少，所以不予论述，本课程设计用到的是反相积分电路。图3 积分器反相积分电路如图3 所示，电容器C 引入交流并联电压负反馈，运放工作在线性区。由于积分运算是对瞬时值而言的，所以各电流电压均采用瞬时值符号。由电路得因为“-”端是虚地，即U-=0,并且式中是积分前时刻电容C上的电压，称为电容端电压的初始值。所以把代入上式得当时若输入电压是图所示的阶跃电压，并假定,则t>=0时，由于，所以由此看出，当E为正值时，输出为反向积分，E对电容器恆流充电，其充电电流为E/R，故输出电压随线性变化。当向负值方向增大到集成运放反向饱和电压时，集成运放进入非线性工作状态，保持不变，图3所示。 如输入是方波，则输出将是三角波，波形关系如图4所示。当时间在0～期间时，电容放电当t=1时，当时间在～期间时，电容充电，其初始值所以当 t= 时，。
固定频率PWM微功率DC/DC变换器设计 在电池供电的计算机,消费类产品和工业设备中,DC/DC变换器是重要的部件。变换器有两种类型：线性变换器和开关变换器。开关变换器主要有三种拓扑结构：降压变换器（开关稳压器将一输入电压变换成一较低的稳定输出电压）;升压变换器（开关稳压器将一输入电压变换成一较高的稳定输出电压）;反激变换器（开关稳压器将一输入电压变换成一较低的稳定反相输出电压）。在此用Motorola的MC33466微功率开关稳压器来设计降压变换器、升压变换器 在电池供电的计算机,消费类产品和工业设备中,DC/DC变换器是重要的部件。变换器有两种类型：线性变换器和开关变换器。开关变换器主要有三种拓扑结构：降压变换器（开关稳压器将一输入电压变换成一较低的稳定输出电压）;升压变换器（开关稳压器将一输入电压变换成一较高的稳定输出电压）;反激变换器（开关稳压器将一输入电压变换成一较低的稳定反相输出电压）。 在此用Motorola的MC33466微功率开关稳压器来设计降压变换器、升压变换器和反激变换器。MC33466器件具有非常低的静态偏置电流（典型值15μA）,含有高精度电压基准、振荡器、脉宽调制（PWM）控制器、驱动晶体管、误差放大器、反馈电阻分压器等。 MC33466变换器工作如同一个固定频率电压模式稳压器。变换器工作在非连续模式,在晶体管开关导通期间,电感电流跃变到峰值大于或等于dc输入电流的两倍值。在晶体管开关的关闭期间,电感电流跃变到零,直到另一个转换周期开始为止。 因为输出电压端也同样作为电源电压来为内部电路供电,所以在降压变换器和反激变换器设计中,需要一个外部启动电路为集成电距开始转换提供起始功率。 图1、图2和图3分别为用MC33466设计的升压变换器、降压变换器和反激变换器。在图3和图3中的启动电路用三个分立元件组成。 在变换器设计中必须选择下列参数： Vin--额定工作的dc输入电压 Vo--所希望的dc输出电压 Io--所希望的dc输出电流 Vripple(pp)--所希望的峰-峰输出波纹电压。为使性能最佳,波纹电压应该保持一低数值一,因为它将直接影响电源电压调整率和负载调整率。