信号转换电路IV-频率电压转换电路.pptx

电压频率转换电路
在调频,锁相和A/D变换等许多技术领域应用广泛
定义:
V/f (电压/频率)转换器能把输入信号电压转换成相应的频率信号,即它的输出信号频率与输入信号电压值成比例,故又称为电压控制(压控)振荡器(VCO)。
应用:
一、积分复原型------组成:积分器、比较器和积分复原开关等
1、 N1 输入偏置电流要小
2、 N2的响应时间小
3、 R1或者C, Tr/Tp小
输入电压越大,电容C充电电流及锯齿波电压的斜率就越大,因此每次达到负向门限电压U2的时间也越短,输出脉冲的频率就越高。
频率调制
由N2、R5~R8组成的滞回比较器的正相输入端两个门限电平为
(1)ui =0,uC=0, uo输出负向限幅电压-Uz,V截止。
(2)ui >0,uC负向增加, uC≤U2时,比较器输出uo由负向限幅电压突变为正向限幅电压,V导通,电容C通过R3放电,积分器输出迅速回升。 uo通过正反馈电路使比较器同相端电压up突变为U1。
(3)当积分器输出回升到uC≥U1时,比较器输出又由正向限幅电压突变为负向限幅电压,V又处于截止状态,同时up恢复为U2,积分器重新开始积分。
积分器在充电过程的输出电压为
令充电持续时间为T1,则有
(1)充电时间T1
设 rce 为晶体管V的集电结ce结电阻,
充放电周期为
为提高V/f转换的线性度,要求第一项远远大于第二项
放电持续时间T2为
(2)放电时间T2
,
+U1
特点
因为复位电路具有非线性,所以精度和动态范围受到限制。
提高精度的主要措施是缩小复位时间。若要使非线性误差从1%%,%以下。当额定工作频率为10KHZ时,,这样,,这个要求通常很难满足。
必须改进复位电路,限制它的非线性影响。
常采用电荷平衡法,而集成压-频变换器几乎都是按这种方案设计的。利用这种方法,可以得到精度很高,动态范围很宽的压-频变换器。
二、电荷平衡型
电荷平衡型U/f转换电路及波形图
(1)输出脉冲频率与输入电流有精密的线性关系。
(2)易于集成化。将积分器,比较器,定时电路,恒流源和缓冲器集成在一块硅片上,应用时外加少量元件,就能调节比较器的门限电位,定时电路的输出脉宽和恒流源的输出电流,从而提高了其适应能力。
在一个周期T=t0+t1中,积分电容充电电荷量与放电的电荷量相等,即i×T= Is×t0
输出脉冲频率可表示为
f = 1/T = i/( Is×t0 )
优点
Ui
电荷平衡型U/f转换电路
电荷平衡型
复位电路由定时电路、恒流源Ij和二极管D1,D2组成,复位电路的工作由比较器A2控制,每当比较器的输出从高电位变到低电位时,定时电路就输出一个脉宽固定为Tj的负脉冲,使D2截止,D1导通,可见,比较器的输出每变换一次状态,复位电路从积分电容上取走一份固定的电荷量IjTj。
单稳态触发器
触发器有两个稳定的状态,即0和1,所以触发器也被称为双稳态电路。与双稳态电路不同,单稳态触发器只有一个稳定的状态。这个稳定状态要么是0,要么是1。单稳态触发器的工作特点是:
(1)在没有受到外界触发脉冲作用的情况下,单稳态触发器保持在稳态;
(2)在受到外界触发脉冲作用的情况下,单稳态触发器翻转,进入“暂稳态”。假设稳态为0,则暂稳态为1。
(3)经过一段时间,单稳态触发器从暂稳态返回稳态。
单稳态触发器在暂稳态停留的时间仅仅取决于电路本身的参数。
集成V/F转换器——LM131
1 整个周期内,RL在消耗电荷
2 恒流源提供电荷(充电)的时间由单稳触发器的暂态决定
3 电荷平衡(电源提供的电荷量等于电阻消耗的电荷量)
2018/3/1
ui > u6,输入比较器输出高电平,单稳态定时器输出端Q为高电平,V导通,uo=UoL≈0V,开关S闭合,精密电流源输出电流is对CL充电, u6逐渐上升。与引脚5相连的芯片内放电管截止,电源U经Rt对Ct充电,Ct电压上升。
us=uCt≥2U/3时,单稳态定时器输出端Q为低电平,V截止, uo = UoH = +E,电流开关S断开, CL通过RL放电,使u6下降。 Ct通过芯片内放电管快速放电到零。
当u6 ≤ui时,又开始第二个脉冲周期,如此循环,输出端便输出脉冲信号。