正负电压转换器 一、设计要求 1、主要是把+5V电压转换出一个-5V电压用 2、采用LM2576-ADJ 3A输出可调电源芯片制作，开关频率50KHZ 3、该电路的典型应用是降压，采用斩波式降压，效率达到80% 4、输入电压5V~40V,输出1.2V~37V 5、用来代替DCDC模块和7805等 二、设计的可行性 3A正压转负压电路 输入电压 4.5V~30V 输出-1.25~-25V 最大电流可接近3A，静态电流10mA~20mA 可以用于需要负电源的场合 成本较低 LM2576-ADJ为1.5元/片 三、实验电路及原理 1、C1用于提供LM2576一开始工作瞬间时的较大电流 2、*D1,*U1,*R1为过压保护电路，+5V~+12V转-5V~-12V时可以不接，当 正负压差在36V以上时，关闭LM2576,保护电源IC,防止开关管被击穿 3、R3为上拉电阻，ON/OFF引脚输入低电平工作 4、D2,U2,R2为输入电压监控电路，当输入电压到达4.5V时，才使LM2576 工作，若不加改部分电路，则一上电，LM2576的开关管就导通，电路 中会有大电流，可能会损坏LM2576，R2可以根据输入电压大小调整一 下 5、R4为电压调整电位器，选择2个电阻接上也可 6、D3为续流二极管，小于1A时用1N5819即可，1N5822为3A电流使用 7、D4为了保护C3上电时不输出反极性电压，所以D4用1N4007即可， 为了保护后面电路不反向供电 8、L1选择工字型功率电感 四、元器件选择 LM2576-ADJ 3A输出可调电源芯片、电阻、电容、电感、带极性的电容、二极管、稳压二极管、发光二极管、三极管
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。
由运放组成的V-I、I-V转换电路 1、0－5V/0－10mA的V/I变换电路 图1是由运放和阻容等元件组成的V/I变换电路，能将0—5V的直流电压信号线性地转换成0－10mA的电流信号，A1是比较器，A3是电压跟随器，构成负反馈回路，输入电压Vi与反馈电压Vf比较，在比较器A1的输出端得到输出电压V1，V1控制运放A2的输出电压V2，从而改变晶体管T1的输出电流IL而输出电流IL又影响反馈电压Vf，达到跟踪输入电压Vi的目的。输出电流IL的大小可通过下式计算：IL＝Vf/(Rw+R7)，由于负反馈的作用使Vi=Vf，因此IL＝Vi/(Rw+R7)，当Rw+R7取值为500Ω时，可实现0－5V/0－10mA 的V/I转换，如果所选用器件的性能参数比较稳定，故运放A1、A2的放大倍数较大，那么这种电路的转换精度，一般能够达到较高的要求。 2、0－10V/0－10mA的V/I变换电路 图2中Vf是输出电流IL流过电阻Rf产生的反馈电压，即V1与V2两点之间的电压差，此信号经电阻R3、R4加到运放A1的两个输入端Vp与Vn，反馈电压Vf=V1－V2，对于运放A1，有VN＝Vp；Vp＝V1/(R2+R3)×R2，VN＝V2＋(Vi-V2)×R4/(R1+R4)，所以V1/(R2+R3)×R2＝V2＋(Vi-V2)×R4/(R1+R4)，依据Vf＝V1-V2及上式可推导出： 若式中R1＝R2＝100kΩ，R1＝R4=20kΩ，则有：Vf×R1＝Vi×R4，得出：Vf＝R4/R1×Vi＝1/5Vi，如果忽略流过反馈回路R3、R4的电流，则有：IL＝Vf/Rf＝Vi/5Rf，由此可以看出．当运放的开环增益足够大时，输出电流IL与输入电压Vi满足线性关系，而且关系式中只与反馈电阻Rf的阻值有关．显然，当Rf＝200Ω时，此电路能实现0－10v/0－10mA的V/I变换。 3、1－5V/4－20mA的V/I变换电路 在图3中．输入电压Vi是叠加在基准电压VB(VB=10V)上，从运放A1的反向输入VN 端输入的，晶体管T1、T2组成复合管，作为射极跟踪器，起到降低T1基极电流的作用(即
西安科技大学高新学院本科毕业设计 一、内容要求 (一)题目：电流变送器. (二)论文摘要：电力变送器是一种将电流、电压、频率、功率因数、电能等电参量，经隔离变送成线性的直流模拟信号或者数字信号的再传送至显示端或者控制端的装置。本课题将详细介绍一款电力变送器即电量变送器。电量变送器是一种能够将被测量参数（如交流电流、电压，直流电流、电压，有功功率，无功功率，有功电能，无功电能，频率相位）按线性比例转化成直流电流或者电压的装置。它被广泛应用于电力、石油、煤炭等部门的电气测量、自动控制以及调度部门。 电量变送器是现代工业现场较为常用的模拟通讯方案之一。本课题以当前广泛应用的集成化精密电路XTR系列芯片介绍了以4-20mA专用两线制U/I集成电路XTR115为核心的电量变送器，主要介绍了XTR115的工作原理、计算方法和该变送器的工作原理、简单内部结构及应用电路、各项指标的性能参数。 (三)关键词：电力变送器；电量变送器； XTR； XTR115
目录 1 绪论 ................................................................................................................ 错误！未定义书签。 1.1课题背景 (3) 1.2课题研究的目的和意义............................................................................... 错误！未定义书签。 1.3国内外研究现状........................................................................................... 错误！未定义书签。 1.4 电流变送器的简单介绍 (2) 1.5本课题研究的主要内容 (6) 2 系统总体设计 (7) 2.1整体设计思路 (7) 2.2 电压转化单元电路的设计 (7) 2.2.1 各种电压转化电路的介绍 (7) 2.3 精密全波整流单元电路设计...................................................................... 错误！未定义书签。 2.3.1 整流电路的介绍 (8) 3 整体分析电路图 (9) 结束语 (11) 参考文献 (12) 致谢…………………………………………………………………………………………12..13
《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。
科立恒KCE-IZ01直流电流变送器 直流电流变送器是将直流电流0-10A信号隔离转换成 4-20mA,0-10V,0-5V或者0-20mA标准直流模拟信号输 出，以便数据采集和控制。 其中包含： 直流0-1Adc微电流变送器；直流0-10Adc小电流变送 器，穿孔10-300变送器不列出 应用先进的表面贴装工艺，确保长期稳定。优良的抗 干扰能力和高精度特性。多种信号输出形式（0-5V、 0-10V、0-20mA、4-20mA）直流供电（12V，24V， 48~300V），交流供电（45-265V）。直流供电，低功耗； 导轨式（也可螺钉）安装。广泛用于各类工业电流/ 电压信号的在线监测系统。适用于工业自动化系统，工厂自动化系统，环保系统等。 科立恒产品特征： 1、超小体积：厚度仅38mm；导轨式（也可螺钉）安装，精度高（优于0.1%FS）； 2、测量范围：0-20mA,0-10ADC等 3、输出信号：0～5V、0～10V、0～20mA、4～20mA等可选； 4、工作电源：12V/24VDC.48-300V)交流(45-264V),输入输出电源三隔离 5、低功耗设计，绿色环保，低价格，高性能，高精度，高可靠。 6、线形关系好，负载能力强（约500Ω）；输出纹波小， 7、温度系数小于150PPM，正常工作温度是-20~70℃； 备注：产品体积小，功耗小，可靠度高，适用性强，性价比高等产品行业优势，在整流电源，稳压电源，UPS，电机电源等方面有显著成就， 科立恒产品选型
科立恒变送器优点： 1、不易受寄生热电偶和沿电线电阻压降和温漂的影响，传输线可用非常便宜的更细的双绞线导线； 2、在电流源输出电阻足够大时，经磁场耦合感应到导线环路内的电压，不会产生显著影响，因为干扰源引起的电流极小，一般利用双绞线就能抵抗降低干扰； 3、电容性干扰会导致接收器电阻有关误差，对于4～20mA两线制环路，接收器电阻通常为250Ω(取样Uout=1～5V)这个电阻小到不足以产生显著误差，因此，可以允许的电线长度比电压遥测系统更长更远； 4、各个单台示读装置或记录装置可以在电线长度不等的不同通道间进行换接，不因电线长度的不等造成精度的差异； 5、将4mA用于零电平，使判断开路或传感器损坏(0mA状态)十分方便。 6、在两线输出口容易增设防浪涌和防雷器件，有利于安全防雷防爆。 科立恒产品尺寸图 公司致力于生产研发电量变送器，数据采集器和数显仪表产品，公司以“诚信、创新、高效、稳健”为宗旨，以“品质卓越、服务一流”的理念，迎接市场的挑战
级《模拟电子技术》课程设计说明书 电压电流转换器 院、部：电气与信息工程学院 学生： 指导教师：、职称 专业： 班级： 完成时间：
《模拟电子技术》课程设计任务书学院：电气与信息工程学院 适应专业：自动化、电气工程及其自动化、通信工程、电子信息工程
摘要 电压电流转换器是将输入的电压信号转换成电流信号的电路，是电压控制的电流源。在工业控制和许多传感器的应用电路中,摸拟信号输出时,一般是以电压输出。在以电压方式长距离传输模拟信号时,信号源电阻或传输线路的直流电阻等会引起电压衰减,信号接收端的输入电阻越低,电压衰减越大。为了避免信号在传输过程中的衰减,只有增加信号接收端的输入电阻,但信号接收端输入电阻的增加,使传输线路抗干扰性能降低,易受外界干扰,信号传输不稳定,这样在长距离传输模拟信号时,不能用电压输出方式,而把电压输出转换成电流输出。另外许多常规工业仪表中,以电流方式配接也要求输出端将电压输出转换成电流输出。V/I转换器就是把电压输出信号转换成电流输出信号,有利于信号长距离传输。课题所设计的V/I转换器可实现输入为0-5V直流电压，输出为0-10mA的直流电流；输入为0-10V直流电压，输出为0-10mA的直流电流；输入为-10V—+10V直流电压，输出为4-20mA的直流电流。其中，对于-10V—+10V转换为4-20mA，首先采用一个电压串联负反馈电路，将输入电压放大一定倍数，再采用一个电流串联负反馈电路将电压转换为对应的电流输出。经过后期测试，设计电路符合课题设计要求。 关键词：电压控制电流源；长距离传输；电压串联负反馈电路；电流串联负反馈电路
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)
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。 电路中使用差分输入端，用户自己能够设定输入转换电平，而且滞后也在设定的电平左右，因而能够获得良好的噪声抑制。当然为了使输入在高于地电压时具有共模电压，没有使用输入保护电路，但输入端电压电平不能超出电源电压范围。特别值得注意的是，在输入端未接串联保护电阻的情况下，输入端的电平不能低于地电平。
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。
几个常用的电压电流转换电路
I/V转换电路设计 1、在实际应用中，对于不存在共模干扰的电流输入信号，可以直接利用一个精密的线绕电阻，实现电流/电压的变换，若精密电阻R1＋Rw＝500Ω,可实现0-10mA/0-5V的I/V变换，若精密电阻R1＋Rw＝250Ω,可实现4-20mA/1-5V的I/V变换。图中R,C组成低通滤波器，抑制高频干扰，Rw用于调整输出的电压范围，电流输入端加一稳压二极管。 电路图如下所示： 输出电压为： Vo=Ii?（R1+Rw）（Rw可以调节输出电压范围） 缺点是：输出电压随负载的变化而变化，使得输入电流与输出电压之间没有固定的比例关系。 优点是：电路简单，适用于负载变化不大的场合， 2、由运算放大器组成的I/V转换电路 原理： 先将输入电流经过一个电阻（高精度、热稳定性好）使其产生一个电压，在将电压经过一个电压跟随器（或放大器），将输入、输出隔离开来，使其负载不能影响电流在电阻上产生的电压。然后经一个电压跟随器（或放大器）输出。C1滤除高频干扰，应为pf级电容。
电路图如下所示： 输出电压为： Vo=Ii?R4?(1+（R3+Rw） R1 ) 注释：通过调节Rw可以调节放大倍数。 优点：负载不影响转换关系，但输入电压受提供芯片电压的影响即有输出电压上限值。 要求：电流输入信号Ii是从运算放大器A1的同相输入端输入的，因此要求选用具有较高共模抑制比的运算放大器，例如，OP-07、OP-27等。R4为高精度、热稳定性较好的电阻。 V/I转换电路设计 原理： 1、V I 变换电路的基本原理： 最简单的VI变换电路就是一只电阻，根据欧姆定律：Io=Ui R ，如果保证电阻不变，输出电流与输入电压成正比。但是，我们很快发现这样的电路无法实用，一方面接入负载后，由于不可避免负载电阻的存在，式中的R发生了变化，输出电流也发生了变化；另一方面，需要输入
电动车电压转换器(DC-DC降压变换器)故障如下(附原理图): 此转换器由UC3845单端输出的电流型PWM控制电路,最大优点外接元件少,不用辅助电源.原先无电压12V输出,输入电压48V正常.经检测发现UC3845 第七脚对地短路,更换 UC3845.接输入电源48V,无负载下输出12V.接入12V/40W灯泡发现有20~30HZ的灯光频闪,输出电感T有低频叫声.此时U3845第七脚电压8.1V正常.奇怪的是无负载时输出电压12V ,说明电路工作正常.测C7、R8值正常,第八脚0.5v.电阻、电容等值均测都正常.陷入维修死角,希望高手指教. U3845引脚说明: 1、内部误差放大器输出补偿端2、电压负反馈信号输入端 3、电流取样检测端 4、内部振荡器RT、CR连接端 5、接地端 6、脉宽调制脉冲输出端 7、直流辅助电源正极 8、5V基准电源输出端
一般电动车转换器电压不足12V，通常只有11.5V、有的甚至是10.5V，严重影响大灯的正常发挥！仪表盘也暗淡无光。 近日找到一张转换器电路图，经研究，发现改装很容易，只需加一只电阻花2分钱成本，就可以达到你想要的电压，在此只说2种电压改装过程、14V和12.8V。 改装原理：通过用分压的方法降低反馈点的取样电压（电路中4K7与30K并联点、再通过1K2到地，这个1K2电阻两端就是改装点，在其上面并联一个3.9K电阻，可输出14V、并6.8K的，可得12.8V），即集成块TL3845第2脚的输入电压，使第6脚输出脉冲变宽，控制P75导通时间，从而使输出电压增高，反之亦然。 现将改装过程发上来，与大家共享！（注：这张电路图是大部份转换器的代表图， 36V~48V车通用）
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
电流信号转换为电压信号的方法 由于应用和原理的不同，电流信号的输出，如传感器变送器输出的4~20mA，需要变换成电压以利于后续驱动或采集。对于不同的电流信号，考虑功率问题，有的需要先经过电流互感器将大电流变小，否则大电流容易在电阻上产生过大的功率。 下面介绍几种I/V变换的实现方法。 分压器方法 利用如图1分压电路，将电流通入电阻。在电阻上采样出电压信号。其中，可以使用电位器调节输出电压的大小。这种方法最简单，但需要考虑功率和放大倍数的选择问题。 利用如图1分压电路，将电流通入电阻。在电阻上采样出电压信号。其中，可以使用电位器调节输出电压的大小。这种方法最简单，但需要考虑功率和放大倍数的选择问题。 霍尔传感器方法 使用霍尔效应，在元件两端通过电流I，并在元件垂直方向上施加磁感应强度B的磁场，即会输出电压。由下面的公式获得线性关系。
其中，RH为霍尔常数，I为输入电流，B为磁感应强度，d为霍尔元件厚度。 这种方法多用于对电流的测量，虽然也可以实现转换，但是精度有限。 积分电路方法 电压可以看作是电流的积分，利用如图电路有： 为保证精度，选取运放时尽量找输入阻抗大的。该电路常用于PID调节，积分电路成熟且放大倍数和精度较好。但要注意这种电路输出电压和输入电流的相位是相反的。 运放直接搭接的方法（跨阻放大器） 充分利用运放“虚短”和“虚断”的概念，将电流转换为电压信号，如图电路
电流通过电阻，在电阻上产生压降，建立起电压和电流的关系为 这种方法避免了运放输入失调电压和输入偏置电流和失调电流影响带来的积分误差。也避免了电容的漏电流带来的误差。但未获得稳定的高精度放大，对电阻和运放的精度要求较高。 三极管方法 三极管同样具有放大能力，但应用上多采用运放。电路如图 下面以实际的例子叙述整个实现过程。 尝试将一个0~5A信号转换为0~5V信号。最简单的是加一个1欧的电阻，但这样发热功率过大，所以需要采用电流互感器将原先的电流变小。按照一般互感器指标是输入0~10A信号，变比为200：1，即0~5A的信号变为0~25mA。下面采用运放直接搭接的方法实现转换。考虑到相位的问题，对电路作了改进。利用50欧电阻在正端产生 的电压与负端相等的条件，并利用运放的放大功能，实现最终要求的。如图。另外，用集成运放OP27为的是得到更高的运算精度；50欧的电阻是前端互感器带负载要求。
模电设计课程设计报告 题目：电压/频率变换器 姓名： 班级： 学号： 指导老师： 2011年 1 月12 日
1 绪论 （1）电压/频率转换即v/f转换，是将一定的输入信号按线性的比例关系转换成频率信号，当输入电压变化时，输出频率也响应变化。它的功能是将输入直流电压转换频率与其数值成正比的输出电压，故也称电压控制振荡电路。 如果任何一个物理量通过传感器转换成电信号后，以预处理变换为合适的电压信号，然后去控制压控振荡电路，再用压控振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个数，并用数码显示，那么可以得到该物理量的数字式测量仪表。 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
电压—电流转换电路 应用领域: *控制系统中，为了驱动执行机构，如记录仪和继电器等。 *在监测系统中，为了数字化显示。 实现方法： 要把电压信号转换为电流信号，如图(a)所示，只需连接电阻就行。但是，这样一来U S就会变大，因为I s×R=U s，I s也就上升，U s只要不是理想的电压源就难以流入R 。另外，若要读取I s而连接连什么的话，由于其内部电阻与R并联进入，将使等效电阻改变。 图(b) 我们应用电流转换为电压的逆向思维。如果我们按照图(b)那样使用OP放大器，那么在A点就会发生虚接地，其电位同U s无关成为接地电平。在这种状态下。流经RC只有I s，与负载的大小无关，所以就能正确的从直流电压信号转换为直流电 流信号。 电压—电流转换电路 如下图所示为实现电压—电流转换的基本原理电路。由于电路引入负反馈，U0=U I=0,负载电流
S I S L R U I I == I L 和U I 成线性关系。由于负载没有接地点，因而不适用于某些应用场合。 如上图所示为实用的电压—电流转换电路。由于电路引入了负反馈，A1构成同相求和运算电路，A2构成电压跟随器。 图中R1=R2=R3=R4=R ， 因此经分析推导可得
00R U I I = 推导过程： 如图所示为实用的电压—电流转换电路。A1构成同相求和运算电路，A2构成电压跟随器。图中R 1=R 2=R 3=R 4=R 224 3443415.05.0P I P I p U U U R R R U R R R U +=+++=, A1构成同相求和运算电路，因此 111 2012)1(P P U U R R U =+=, 代入上式得: I P U U U +=201 , R O 上的电压
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-
电流变送器的工作原理及其应用 集成电流变送器亦称电流环电路，根据转换原理的不同可划分成以下两种类型：一种是电压／电流转换器，亦称电流环发生器，它能将输入电压转换成4～20mA 的电流信号（典型产品有1B21，1B22，AD693，AD694，XTR101，XTR106和XTR115）；另一种属于电流／电压转换器，也叫电流环接收器（典型产品为RCV420）。上述产品可满足不同用户的需要。电流变送器可以直接将被测主回路交流电流或者直流电流转换成按线性比例输出的DC4～20mA（通过250Ω 电阻转换DC 1～5V或通过500Ω电阻转换DC2～10V）恒流环标准信号，连续输送到接收装置（计算机或显示仪表）。
电流变送器的分类及概述 电流变送器分直流电流变送器和交流电流变送器两种。交流电流变送器是一种能将被测交流电流转换成按线性比例输出直流电压或直流电流的仪器，产品广泛应用于电力、邮电、石油、煤炭、冶金、铁道、市政等部门的电气装置、自动控制以及调度系统。交流电流、电压变送器具有单路、三路组合结构形式，其特点为： 1、准确度高（典型：0.2% 最好0.05%）。 2、整个量程范围都有极高的线性度。 3、集成化程度高，结构简单，优良的温度特性和长期工作稳定性，使变送器免于定期校验。 直流电流变送器将被测信号变换成一电压，经HCNR200/201线性光耦直接变换成一个与被测信号成极好线性关系并且完全隔离的电压，再经恒压（流）至输出。具有原理非常简单，线路设计精炼，可靠性高，安装方便等优点。霍尔电流变送器。 什么是电流变送器？ 电流变送器可以直接将被测主回路交流电流转换成按线性比例输出的 DC4～20mA（通过250Ω 电阻转换DC 1～5V或通过500Ω电阻转换DC2～10V）恒流环标准信号，连续输送到接收装置（计算机或显示仪表）。电流变送器原副边高度绝缘隔离，两线制输出接线，辅助工作电源＋24V与输出信号线DC4～20mA共用，具有精度高，体积小、功耗小、频响宽、抗干扰、国内首创4种补偿措施和6大全面保护功能，两线端口防感应雷能力强，具有雷击波和突波的保护能力等优点。特别适用发电机、电动机、智能低压配电柜、空调、风机、路灯等负载电流的智能监控系统；电流变送器超低功耗，单只静态时0.096W，满量程功耗为0.48W，输出电流内部限制功耗为0.6W。 工作原理
淮海工学院 课程设计报告书 课程名称：模拟电子技术课程设计 题目：频率/电压转换电路的设计系（院）：电子工程学院 学期：12-13-1 专业班级：电子112 姓名：孙开峰 学号：2011120658
1、概述 本设计实验要求对比较器、F/V变换器LM331、反相器和反相加法器的主要性能和应用有所了解，要能掌握其使用方法。同时要了解它们的设计原理。 本设计实验要求我们要灵活运用所学知识，对设计电路的理论值进行计算得到理论数据，在与实验结果进行比较。 1.1 主要设计要求 当正弦波信号的频率fi在200Hz~2kHz范围内变化时,对应输出的直流电压Vi在1~5V范围内线形变化; 正弦波信号源采用函数波形发生器的输出; 采用±12V电源供电. 1.2 设计方法 设计总体框图如下，可供选择的方案有两种，它们是： ○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F/V变换器LM331,其输出与输入的脉冲信号重复频率成正比. 2、设计过程 2.1 函数信号发生器ICL8038芯片介绍 2.1.1 ICL8038作用 ICL 8038 是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路, 只需调整个别的外部元件就能产生从 0.001HZ～300kHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。输出波形的频率和占空比还可以由电流或电阻控制。另外由于该芯片具有调频信号输入端, 所以可以用来对低频信号进行频率调制。 2.1.2 ICL8038管脚介绍
图2 ICL8038 表1 引脚功能介绍
2.2 比较器的设计 过零比较器 过零比较器被用于检测一个输入值是否是零。原理是利用比较器对两个输入电压进行比较。两个输入电压一个是参考电压Vr ，一个是待测电压Vu 。一般Vr 从正相输入端接入，Vu 从反相输入端接入。根据比较输入电压的结果输出正向或反向饱和电压。当参考电压已知时就可以得出待测电压的测量结果，参考电压为零时即为过零比较器。 用比较器构造的过零比较器存在一定的测量误差。当两个输入端的电压差与开环放大倍数之积小于输出阈值时探测器都会给出零值。例如，开环放大倍数为106，输出阈值为6v 时若两输入级电压差小于6微伏探测器输出零。这也可以被认为是测量的不确定度。 2.3 F/V 变换电路的设计 2.3.1 F/V 变换器的简单介绍 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。 2.3.2 LM331 器件管脚图及管脚功能 VI + — A +V CC —V EE Vo 图3 过零比较器
I/V转换电路设计1、在实际应用中，对于不存在共模干扰的电流输入信号，可以直接利用一个精密的线绕电阻，实现电流/电压的变换，若精密电阻R1＋Rw＝500Ω,可实现0-10mA/0-5V的I/V变换，若精密电阻R1＋Rw＝250Ω,可实现4-20mA/1-5V的I/V变换。图中R,C组成低通滤波器，抑制高频干扰，Rw用于调整输出的电压范围，电流输入端加一稳压二极管。 电路图如下所示： 输出电压为： Vo=Ii?（R1+Rw）（Rw可以调节输出电压范围） 缺点是：输出电压随负载的变化而变化，使得输入电流与输出电压之间没有固定的比例关系。 优点是：电路简单，适用于负载变化不大的场合， 2、由运算放大器组成的I/V转换电路 原理： 先将输入电流经过一个电阻（高精度、热稳定性好）使其产生一个电压，在将电压经过一个电压跟随器（或放大器），将输入、输出隔离开来，使其负载不能影响电流在电阻上产生的电压。然后经一个电压跟随器（或放大器）输出。C1滤除高频干扰，应为pf级电容。 电路图如下所示：
输出电压为： Vo=Ii?R4?(1+(R3+Rw) R1 ) 注释：通过调节Rw可以调节放大倍数。 优点：负载不影响转换关系，但输入电压受提供芯片电压的影响即有输出电压上限值。 要求：电流输入信号Ii是从运算放大器A1的同相输入端输入的，因此要求选用具有较高共模抑制比的运算放大器，例如，OP-07、OP-27等。R4为高精度、热稳定性较好的电阻。 V/I转换电路设计 原理： 1、V I 变换电路的基本原理： 最简单的VI变换电路就是一只电阻，根据欧姆定律：Io=Ui R ，如果保证电阻不变，输出电流与输入电压成正比。但是，我们很快发现这样的电路无法实用，一方面接入负载后，由于不可避免负载电阻的存在，式中的R发生了变化，输出电流也发生了变化；另一方面，需要输入信号提供相应的电流，在某些场合无法满足这种需要。 1 、基于运算放大器的基本VI变换电路为了保证负载电阻不影响电压/电流的变换关系,需要对电路进行调整,如图1是基于运算放大器的基本VI变换电路。利用运算放大器的“虚短”概念可知U-=U+=0；因此流过Ri的电流： Ii=Ui R