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1、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
2、位器 Rw 上,由运放性质可知:V-= IeRw= (1+ k)IbRw(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 kIb。令 R1=R2,则有V0+Vm= V+= V-= (1+k)IbRw= (1+1/k)IoRw其中 k1 ,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 一定时改变 Rw的大小,可以改变 Vin 与
3、 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 05V 电压转换成 05mA 的电流信号,可令 V0=0,Rw=1k,其中 Vo=0 相当于将其直接接地。若将 05V 电压信号转换成 15mA 电流信号,则可确定 V0=1.25V,Rw=1.25k。同样若将 420mA 电流信号转换成 15mA 电流信号,只需先将 420mA 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
4、 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 2001000Hz 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
5、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。LM331 可采用双电源或单电源供电,可工作在 4.040V 之间,输出可高达 40V,而且可以防止 Vs 短路。图 2 是由
6、 LM331 组成的典型的电压/ 频率变换器。 其输出频率与电路参数的关系为:Fout= VinRs/(2.09R1RtCt)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 15V 的电压转换成 200 1000Hz 的频率信号,电路参数理论值为 R =18k, Ct=0.022uF,R1=100k,Rs=16.5528k,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
7、 Fout= VinRs/(2.09R1RtCt)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 0.1uF 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 47 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 15V 的电压转换成 2001000Hz 的频率信号的典型电路及参数,要实现将 420mA 或 05V 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