LM231A/LM231/LM331A/LM331 精密电压-频率转换器

一般说明

LM231/LM331系列电压-频率转换器非常适合在简单的低成本电路中使用模数转换，精确的频率-电压转换转换、长期积分、线性调频或解调等多种功能。输出当用作电压时，变频器是一个脉冲以与所施加的输入电压精确成比例的频率进行训练。因此，它提供了电压-频率转换技术，简单易行适用于所有标准电压的变频器应用。此外，LM231A/LM331A达到了一个新的高度精度水平与温度的关系，只能用昂贵的电压-频率模块来保持。另外，LM231/331非常适合数字应用低电源电压下的系统低成本模数转换微处理器控制系统。而且，频率来自电池供电的电压到变频器可以通过一个简单的光隔离器方便地引导隔离高共模电平。LM231/LM331采用了一种新的温度补偿带隙基准电路，提供卓越的精度在整个工作温度范围内，在电源处低至4.0V。精密定时器电路具有低偏置电流，且不会降低100千赫电压-频率转换。以及输出能够驱动3个TTL负载或高压输出高达40V，但对VCC有短路保护。

特征

保证线性最大0.01%

改善现有电压频率比的性能转换应用程序

分供或单供操作

在单个5V电源上工作

脉冲输出与所有逻辑形式兼容

卓越的温度稳定性，最大值为±50 ppm/℃

低功耗，15兆瓦，典型电压为5伏

宽动态范围，10 kHz满标度时为100 dB min频率

满标度频率的宽范围，1赫兹至100千赫

低成本

绝对最大额定值（注1）

LM231A/LM231 LM331A/LM331

电源电压40V 40V

输出持续对地短路

输出对VCC连续短路

输入电压-0.2V至+VS-0.2V至+VS TMIN TMAX TMIN TMAX

工作环境温度范围-25℃～+85℃～+70℃

功耗（25摄氏度时的PD）

和热阻（θjA）

（N包）PD 1.25W 1.25W

θjA 100°C/W 100°C/W

铅温度（焊接，10秒）

双列直插式包装（塑料）260°C 260°C

静电放电敏感性（注4）

N包500V 500V

电气特性

TA=25摄氏度，除非另有规定（注2）

电气特性（续）

TA=25摄氏度，除非另有规定（注2）

注1：绝对最大额定值表示设备可能损坏的极限。操作时不适用直流和交流电气规范超出规定操作条件的装置。

注2：所有规范适用于图4电路，4.0V≤VS≤40V，除非另有说明。

注3：非线性定义为当电路在10赫兹和10千赫时因零误差而被调校时，fOUT与车辆识别号x（10千赫/-10伏直流电）的偏差超过频率范围为1赫兹至11千赫。对于定时电容器CT，使用NPO陶瓷、Teflon®或聚苯乙烯。

注4：人体模型，100 pF通过1.5 kΩ电阻放电。

功能框图

典型性能特征

（除非另有说明，否则所有电气特性适用于图4中的电路。）

典型性能特征（续）

典型应用

简化的操作原理电压-频率转换器LM231/331是一种单片电路，当应用于电压频率转换器或频率-电压（F-to-V）转换器。简化块LM231/331的示意图如图3所示，包括开关电流源、输入比较器和单发定时器。这些块的操作最好通过通过基本V-to-F转换器的工作循环，图3包括LM231/331和各种电阻和电容器连接在一起。电压比较器比较正输入电压，V1，在引脚7到电压Vx，在引脚6。如果V1更大比较器将触发一次定时器。的输出定时器将同时打开频率输出晶体管和周期t=1.1rtct的开关电流源 在这段时间，电流i将从开关电流中流出提供固定数量的电荷，Q=i x t电容器，CL。这通常会给Vx充电到更高级别高于V1。在计时结束时，当前的i将关闭，计时器将自动重置。现在没有电流从引脚1流出，电容器CL将由RL逐渐放电，直到Vx降至水平第1版。然后比较器将触发定时器并开始另一个周期。流入CL的电流正好是IAVE=i x（1.1xRtCt)十f、 从CL流出的电流正好是Vx/RL≅VIN/RL。如果车辆识别号翻倍，频率将翻倍以保持平衡。即使是一个简单的V-to-F变换器，也能在很宽的范围内提供与输入电压成正比的频率频率范围。

操作细节，功能块

图表（图2）

方框图显示了一个能提供稳定的1.9 VDC输出的带隙基准。这个1.9伏直流电压调节良好在3.9V至40V的VS范围内。它还具有平坦、低的温度系数，并且通常变化小于1/2%超过100摄氏度的温度变化。电流泵电路强制针脚2处的电压为1.9V，并使电流i=1.90V/RS流动。对于Rs=14k，i=135微安。精密电流反射器提供电流等于电流开关的i。电流开关至引脚1或接地的电流取决于RS触发器。定时功能由一个RS触发器和一个定时器组成比较器连接到外部RtCt网络。输入比较器检测到引脚7处的电压高于引脚6，它设置RS触发器，该触发器打开电流开关和输出驱动晶体管。当电压在引脚5上升到2/3 VCC，计时器比较器导致RS触发器复位。然后，复位晶体管接通，并且电流开关断开。但是，如果输入比较器仍然检测到引脚7更高当插脚5穿过2/3 VCC时，触发器不会复位后，引脚1的电流将继续流动，使引脚6的电压高于引脚7。

典型应用（续）

条件通常适用于启动条件或信号输入过载电压的情况。应该是注意到在这种过载期间，输出频率将为0；一旦信号恢复工作范围内，将恢复输出频率。输出驱动晶体管的作用是在导通的情况下使引脚3饱和电阻约为50Ω。过电压时，输出电流有效限制在50毫安以下。针2处的电压调节为1.90 VDC，所有值为i在10微安到500微安之间。它可以用作其他部件的电压基准，但必须注意不要从中获取电流，以免降低转换器的精度。

基本电压-频率转换器的工作原理（图1）

图1所示的简单的独立V-to-F转换器包括图3中的所有基本电路，以及一些用于提高性能的组件。一个电阻RIN=100kΩ±10%，已添加到引脚7，使引脚7处的偏置电流（典型值为-80 nA）将取消引脚6处的偏置电流的影响，并帮助提供最小频率偏移。引脚2处的电阻RS由12 kΩ固定电阻和5 kΩ（最好是金属陶瓷）增益调节变阻器组成。这个此调整的功能是修剪LM231/331和Rt的公差，左心室和Ct。

为了获得最佳效果，所有组件都应该是稳定的低温系数元件，如金属膜电阻器。电容器应具有低介电吸收；取决于所需的温度特性，NPO陶瓷、聚苯乙烯、聚四氟乙烯或聚丙烯最好适合。将电容器CIN从引脚7添加到地上，用作滤波器对于车辆识别号。在大多数情况下，0.01至0.1微F的值是足够的但是，如果需要更好的过滤，则可使用1μF电容器。当RC时间常数为与针脚6和针脚7匹配，车辆识别号处的电压阶跃将导致一步一步的改变。如果CIN远小于CL，则车辆识别号可能会导致车辆暂时停止。增加一个与1μF CL串联的47Ω电阻器，以给出滞后效应有助于输入比较器提供良好的线性度（典型值为0.03%）。

精密V-TO-F操作细节转换器（图4）在该电路中，积分是通过使用传统的运算放大器和反馈电容来实现的。当积分器的输出超过标称阈值时在LM231/331的引脚6处，开始计时循环。输入运算放大器求和点的平均电流（引脚2）是i x（1.1 RtCt)x f与—车辆识别号/识别号。在该电路中，LM231/331的电压偏移输入比较器不影响在独立的V-to-F转换器中，V-to-F转换器也一样；LM231/331偏置电流或偏置电流也不例外。相反，运算放大器的偏置电压和偏置电流是限制信号大小的唯一因素可以精确转换。由于在电压断开的情况下，运算放大器的设置远低于1毫伏，偏移电流远低于2毫安该电路成本低廉，建议用于小信号的最佳交流准确度。该电路还对输入信号的任何变化（独立电路没有）作出立即响应，以便输出频率为精确表示车辆识别号，最快2个输出脉冲'间距可以测量。在精密模式下，由于电流源（引脚1）始终处于地电位，因此获得了良好的线性度电压不随车辆识别号或故障类型而变化。（在独立V-to-F转换器，非线性的主要原因是导致i改变为车辆识别号的函数）。图5的电路工作方式与图4相同，但要为高速运转做必要的改变。

使用具有低温系数的稳定组件。见典型应用章节。

对于VS=8V至22V，该电阻可以为5 kΩ或10 kΩ，但对于VS=4.5V至8V，该电阻必须为10 kΩ。A1使用低偏置电压和低偏置电流运算放大器：推荐型号LF411A图4。精密电压-频率转换器标准测试电路和应用电路

典型应用（续）

工作细节，频率-电压转换器（图6和图7）在这些应用中，鳍上的脉冲输入由C-R网络和引脚6处的负向边缘导致触发定时器电路的输入比较器。就像一个V-to-F转换器，从引脚1流出的平均电流为平均值=i x（1.1 RtCt)x华氏度。在图6的简单电路中，该电流在网络RL=100 kΩ和1μF。波纹将小于10mV峰值，但响应会很慢，0.1秒时间常数，精度为0.7秒至0.1%。在精密电路中，运算放大器提供缓冲输出，也可作为2极滤波器。涟漪会对于高于1 kHz的所有频率，峰值小于5 mV，并且响应时间将比图6快得多。但是，对于低于200赫兹的输入频率，该电路将波纹比图6还要大。过滤器工程获得足够响应和足够小的时间常数ripple只需要研究一下制造的。从本质上讲，V-to-F转换器的响应可能很快，但是F-to-V响应不能。

使用具有低温系数的稳定组件。见典型应用章节。

对于VS=8V至22V，该电阻可以为5 kΩ或10 kΩ，但对于VS=4.5V至8V，该电阻必须为10 kΩ。

A1使用低偏置电压和低偏置电流运算放大器：推荐型号LF411A或LF356。