电压电流与电压频率转换电路.docx

标签：无标签电压/电流与电压/频率转换电路(V/I、V/F电路)1电压/电流转换电路电压/电流转换即v/i转换，是将输入的电压信号转换成满足一定关系的电流 信号，转换后的电流相当一个输出可调的恒流源，其输出电流应能够保持稳定而 不会随负载的变化而变化v/i转换原理如图1由图1可见，电路中的主要元件为一运算放大器LM324和三极管BG9013 及其他辅助元件构成，V0为偏置电压，Vin为输入电压即待转换电压，R为负 载电阻其中运算放大器起比较器作用，将正相端电压输入信号与反相端电压V -进行比较，经运算放大器放大后再经三极管放大，BG9013的射级电流Ie作用 在电位器Rw上，由运放性质可知：V-= le・Rw= (1+ k)lb・Rw(k为BG9013的放大倍数)流经负荷R的电流Io即BG9013的集电极电流等于k・lb令R1=R2，则有V0+Vm= V+= V-= (1+k)lb・Rw= (1+1/k)lo・Rw其中 k》1，所以 Io= (Vo+Vin)/Rw由上述分析可见，输出电流Io的大小在偏置电压和反馈电阻Rw为定值时， 与输入电压Vin成正比，而与负载电阻R的大小无关，说明了电路良好的恒流 性能。

改变V0的大小，可在Vin=0时改变Io的输出在V0 —定时改变Rw的 大小，可以改变Vin与Io的比例关系由Io=(V0+Vi)/Rw关系式也可以看出， 当确定了 Vin和Io之间的比例关系后，即可方便地确定偏置电压V0和反馈电 阻Rw例如将0〜5V电压转换成0〜5mA的电流信号，可令V0=0, Rw=1kQ， 其中Vo=0相当于将其直接接地若将0〜5V电压信号转换成1〜5mA电流信 号，则可确定V0=1.25V, Rw=1.25kQ同样若将4〜20mA电流信号转换成1〜 5mA电流信号，只需先将4〜20mA转换成电压即可按上述关系确定V0和Rw 的参数大小，其他转换可依次类推为了使输入输出获得良好的线性对应关系，要特别注意元器件的选择，如输 入电阻R1、R2及反馈电阻Rw,要选用低温漂的精密电阻或精密电位器，元件 要经过精确测量后再焊接，并经过仔细调试以获得最佳的性能我们在多次实际 应用中测试，上述转换电路的最大非线性失真一般小于0.03%，转换精度符合 要求2电压/频率转换电路电压/频率转换即V/F转换，是将一定的输入电压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。

针对煤矿的特殊要求， 我们只分析如何将电压转换成200〜1000Hz的频率信号实现V/F转换有很多的集成芯片可以利用，其中LM331是一款性能价格比 较高的芯片，由美国NS公司生产，是一种目前十分常用的电压/频率转换器， 还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 及其他相关器件由于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LM 331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Vs短路图2是由LM331组成的典型的电压/频率变换器9VS 2 V/F转换电路原理图其输出频率与电路参数的关系为：Fout= Vi n・Rs/(2.09・R1・Rt・Ct)可见，在参数Rs、R1、Rt、Ct确定后，输出脉冲频率Fout与输入电压Vin 成正比，从而实现了电压-频率的线性变换。

改变式中Rs的值，可调节电路的转 换增益，即V和F之间的线性比例关系将1〜5V的电压转换成200〜1000 Hz的频率信号，电路参数理论值为R =18kQ, Ct=0.022uF, R仁100kQ, Rs= 16.5528kQ，由于元器件与标称值存在误差，在电路参数基本确定后，通过调节 Rs的电位器，可以实现所需V/F线性变换由Fout= Vin・Rs/(2.09・R1・Rt・Ct)可知，电阻Rs、R1、Rt和电容Ct直接影 响转换结果Fout，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，其中Rt、Ct、Rs、R1要选用低温漂的稳定元件，Cin可根据需要选择0.1 uF或1uF电容C1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 利于提高转换精度电路中的47Q电阻对确保电路线性失真度小于0.03%是 十分必须的图2电路是将1〜5V的电压转换成200〜1000Hz的频率信号的典型电路及 参数，要实现将4〜20mA或0〜5V转换成200〜1000Hz的频率信号只要增加 一些辅助电路即可实现，其他转换也依此类推。