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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。
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。
频率变换器的工作原理详解频率变换器是一种常见的电子设备，广泛应用于工业生产、交通运输、通信等领域。
它的主要作用是将一种频率的电能转化为另一种频率的电能，从而满足不同设备对电能频率的需求。
本文将详细介绍频率变换器的工作原理，并探讨其在现代社会中的重要应用。
一、频率变换器的基本原理频率变换器的工作原理可以通过两个主要的电子器件来解释，它们分别是变频器和逆变器。
1. 变频器变频器是频率变换器的核心部件，它能够将输入电源的频率进行调整，并将其输出为所需的频率。
变频器通常由直流电源、整流器和逆变器组成。
首先，直流电源将输入交流电转换为直流电，然后通过整流器将直流电转换为稳定的直流电压。
最后，逆变器将稳定的直流电压转换为所需的交流电频率输出。
2. 逆变器逆变器是将直流电转换为交流电的装置。
它将直流电源通过开关管路进行高频开关操作，从而形成与输入电源频率相同或不同的交流电输出。
逆变器的输出频率可以通过改变开关管路的工作方式来实现。
通过变频器和逆变器的配合工作，频率变换器能够实现将输入电源的频率转换为所需频率的功能。
二、频率变换器的应用频率变换器在现代社会中有着广泛的应用。
下面将从工业生产、交通运输以及通信三个领域来介绍其应用。
1. 工业生产在工业生产中，频率变换器可以用于控制电机的工作频率，从而实现电机的调速功能。
通过改变电机的工作频率，可以控制机械传动的速度和转矩，满足不同工艺流程的需求。
此外，频率变换器还可以实现能源的节约和改善电网质量等功能，提高了工业生产的效益和可持续发展性。
2. 交通运输在交通运输领域，频率变换器广泛应用于高速铁路、地铁和电动汽车等交通工具中。
频率变换器可以将电能进行有效转换，从而驱动交通工具的运行。
通过控制交通工具的电能输出频率，可以实现对速度、加速度等参数的精确控制，提高了交通工具的安全性和便捷性。
3. 通信频率变换器在通信领域的应用主要体现在电力线载波通信中。
通过频率变换器将信号的频率从较低的频段转换到适合传输的高频段，可以实现信号的远程传输，在电力线路上进行携带转发，从而实现远距离通信和数据传输。
变换器的工作原理
变换器是一种将电能从一种形式转换为另一种形式的电气设备。
其工作原理基于电磁感应定律和能量守恒定律。
变换器主要由一个铁心和两个线圈组成，分别称为主线圈和副线圈。
主线圈通常由电源提供交流电源，而副线圈则连接到负载。
当交流电通过主线圈时，通过线圈产生的磁场会穿过铁心并诱导出副线圈中的电流。
这是基于电磁感应定律，即磁场变化会导致电场的变化。
由于线圈的绕组比例不同，主线圈和副线圈之间的电压和电流也会有所不同。
根据能量守恒定律，输入电能等于输出电能。
因此，变换器可以将交流电的电压升高或降低，同时也能调整电流的大小。
通过控制主线圈的输入电压和频率，变换器可以实现不同的转换操作。
例如，当输入电压较高时，变换器可以将其降低到适合负载的水平。
相反，当输入电压较低时，变换器可以将其升高到符合负载要求的水平。
除了改变电压和电流的大小外，变换器还可以实现直流电到交流电的转换，这种变换被称为逆变。
变换器还能实现交流电到直流电的转换，这种变换称为整流。
总之，变换器是通过利用电磁感应定律和能量守恒定律来将电
能从一种形式转换为另一种形式的电气设备。
它可以改变电压和电流的大小，实现不同形式的电能转换。
频率变换器的工作原理详解频率变换器，也被称为变频器或者变频驱动器，是一种用于改变交流电源频率的电子装置。
它通过调整电源的输出频率，实现电动机的转速控制，广泛应用于工业自动化领域。
本文将详细介绍频率变换器的工作原理。
1. 引言在工业生产中，许多设备需要根据实际需要调整转速，以满足不同的工艺要求。
传统的方法是通过使用变速机械装置来实现，但是这种方式存在效率低、维护复杂等问题。
频率变换器的出现，极大地简化了这个过程。
2. 基本结构频率变换器的基本结构包括整流器、逆变器和中间直流环节。
整流器将交流电源转换为直流电，并通过逆变器将直流电转换为可调频率的交流电，供给电动机使用。
3. 整流器整流器的主要功能是将交流电源转换为直流电。
常见的整流器有单相整流器和三相整流器两种。
单相整流器适用于小功率驱动器，而三相整流器适用于大功率驱动器。
4. 中间直流环节中间直流环节主要由电容器和电阻组成。
电容器用于存储直流电，平滑电压，防止变频器对逆变器产生干扰。
电阻则用于限制电容器的充电和放电电流，保护整个系统。
5. 逆变器逆变器是频率变换器的核心部件，负责将直流电转化为可调频率的交流电。
逆变器采用先进的PWM（脉宽调制）技术，通过调整脉冲的宽度和频率来控制输出电压的频率和幅值。
6. 控制单元控制单元是频率变换器的大脑，负责监测和控制整个系统。
它根据输入的转速信号和负载要求，计算出逆变器输出所需的频率和幅值，然后通过PWM技术调整逆变器的工作状态，最终实现电机的转速控制。
7. 工作原理频率变换器的工作原理可以简单概括为：通过整流器将交流电源转换为直流电，然后经过中间直流环节进行电压稳定，接着逆变器将直流电转换为可调频率的交流电，最后通过控制单元调整逆变器的工作状态，实现电动机的转速控制。
8. 应用领域频率变换器广泛应用于各个行业，如机械制造、石油化工、纺织、电梯等。
它可以实现电动机无级调速，提高生产效率，节约能源，并具有优异的控制性能和可靠性。
变换器的工作原理
变换器是一种电子设备，用于将电能在不同电压、电流、频率或相位之间进行转换。
其工作原理基于电磁感应现象。
当交流电通过变压器的主线圈时，主线圈产生了一个可变的磁场。
这个变化的磁场通过铁心传导到次级线圈，并在次级线圈中诱导出一个电压。
根据法拉第电磁感应定律，电磁感应产生的电压大小与磁场变化率成正比。
因此，当主线圈中的电流变化时，次级线圈中的电压也会相应变化。
通过调整主线圈和次级线圈的匝数比例，可以使得输出电压与输入电压之间实现升压或降压的转换。
变换器也可以用于改变交流电的频率。
通过在变压器的次级线圈上接入额外的电子元件，如晶体管或开关管，可以实现对输入电流进行周期性的打开和关闭。
这样的操作导致了输入电流断断续续地流动，进而改变了整个电路中的频率。
除了变压和变频，变换器还可以实现相位转换。
通过将输入电流与一个额外的相位源进行比较，可以调整输出电流与输入电流之间的相位差。
这个相位差的大小取决于变压器和比较电路的设计。
总的来说，变压器以及额外的电子元件在变换器中协同工作，通过电磁感应、电子开关和相位比较等原理实现不同电压、电流、频率和相位之间的转换。
这种转换为电子设备的正常运行提供了重要的能源适配和传输的功能。
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）。
此时放电管T 截止，于是C t 由V CC 经Rt 充电，其上电压Vct 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1.1R t C t 的时间，V ct 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1.1R 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 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fi 成正比。
C L 的平均充电电流为i ×（1.1R t C t ）×fi 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 =I ×（1.1R t C t ）×fi ×R L 式中I 是恒流电流，I=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i t t S
L
o f C R R R 09
.2V = 可见，当R S 、Rt 、C t 、R L 一定时，V o 正比于fi ，显然，要使V o 与fi 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fi ，要使V o 为一定植，可调节R S 的大小。
恒流源电流I 允许在10μA~500μA 范围内调节，故R S 可在190k Ω~3.8 k Ω范围内调节。
一般R S 在10k Ω左右取用。
3．LM331用作FVC 的典型电路：
LM331用作FVC 的电路如图5-1-3所示：
f i
lo
mA
2.02
V R CC x -=
在此，V CC =12V
所以 R x =50k Ω取 R x =51 k Ω
i t t S
L
o f C R R R 09
.2V 取 R S =14.2 k Ω 则 V o =fi ×10 –3V
由此得V o 与fi 在几个特殊 频率上的对应关系如表5-1-1所示： 表5-1-1 直流电压V o 和fi 的 关系
图5-1-3中fi 是经过微分电路470pF 和10 k Ω加到○
6脚上的。
○6脚上要求的触发电压是脉冲，所以图5-1-3中的fi 应是方波。
4、输出电压放大部分电路如图5-1-4所示：V1为100 k Ω电阻两端电压,Uo 为V1经LM324放大后的直流电压。
V10.2 V
图5-1-4
因为V o =fi ×10 –3V ,且Rf/R3>11/9,取Rf/R3=12/9=4/3,即可取Rf=20k Ω,R3=15k Ω,
经计算可得Uo 与V o 及V1的关系：Uo=（1+Rf/R3）[R2/(R1+R2)Vo+R1/(R1+R2)V1];
取V1=5V ,可得R2/(R1+R2)=20/21, R1/(R1+R2)=1/21,即R1/R2=1/20,故可取R1=1 k Ω, R2=20 k Ω,化简得：Uo=20V o/9+5/9,即Uo=(20 fi ×10 –3)/9+5/9,所以由此可知：Uo 与fi 呈线性关系，且当Vo=0.2V 时,Uo=1V;当时V o=2V 时,Uo=5V 。
四、理论测量和调整：
1、可在200Hz~2kHz 内的任一频率上观察。
2、V o 应为正直流电压，Uo 应为正直流电压。
3、测量图5-1-3中有关点的直流电压：
首先要保证频率计，电压表完好，即保证测得的频率、电压数值正确。
将函数波形发生器的输出信号频率f i 调到200Hz 。
此时 V o =0.2V 。
否则调整R s 。
V 1应= 5V 。
Uo应=1V。
否则检查V o产生的输入。
4、固定电阻的调整可用一个接近要求值的电阻和一个小阻值的电阻串联来实现。
根据5-1-2中的频率点，测出对应的V o2、U o，应基本符合表5-1-2中的值。
表5-1-2 直流电压Vo、Uo 与f的关系
1、按照电路图5-1-3连接实物电路。
2、检查无误后接通电源。
3、将函数信号发生器的频率调至200Hz，调节电位器Rs。
4、用电压表测量输出电压Vo。
5、调节函数信号发生器的输出频率，将电压表所测得的数据填入表5-1-3中。
6、按照电路图5-1-3和5-1-4连接实物电路。
7、检查无误后接通电源。
8、将函数信号发生器的频率调至200Hz。
9、用电压表测量输出电压Uo。
10、调节函数信号发生器的输出频率，将电压表所测得的数据填入表5-1-4中。
六、实验数据处理：
根据表5-1-3画出直流电压Vo与fi的曲线如图5-1-5所示：
根据表5-1-4画出直流电压Uo与fi的曲线如图5-1-6所示：
七、实验故障、分析及解决方法：
1、故障现象：接通电源时，电压表无示数。
原因分析：电路某一部分或某些部分开路。
解决方法：用万用表测量电路各个支路电压，再对照电路图检测实物电路中开路部分。
2、故障现象：调节电位器Rs时，函数信号发生器输出频率一定如200Hz时，无论如何调节，电压表示数都远小于理论值如1.000V。
原因分析：根据电路图分析可知，电位器Rs的作用是改变输出电压Vo的值使其在一定范围内可变，而此时调节范围达不到要求，故应扩大可调节范围。
解决方法：将Rs换为阻值较的电位器，以扩大可调范围。
八、实验报告内容:
1、画出观察到的有关点的信号波形；
2、根据表5-1-2中给定的频率点的行列表，填入10个频率点上直流电压的理论值和实际测量值。
对测量值与计算值误差较大的项进行分析。
3、写出实验中曾出现过的故障现象、原因分析及解决方法。
九、实验总结：
通过本次实验：
1、了解了实验所用芯片——频率/电压变换器LM331和集成运放LM324的技术资料及使用方法。
2、熟悉了仿真软件multisim10.0的功能并学会了其使用方法。
3、加深了电路设计过程中，电路设计的优劣与元器件的选择应用之间关系的理解。
4、认识到了实验过程中出现故障现象时，对故障原因的分析和找出解决方法的重要性。
5、学会的运算放大器基本电路的设计、测量和调整方法。
