AD650电压频率与频率电压转换器

器件在线 　 AD650电压频率与频率电压转换器 电子工业部第二十四研究所　　万天才 　 摘要：AD650是美国ANALOG DEVICES公司推出的高精度电压频率(V/F)转换器，它由积分器、比较器、精密电流源、单稳多谐振荡器和输出晶体管组成。该电路在±15V电源电压下，功耗电流小于15mA，满刻度为1MHz时其非线性度小于0.07％。AD650既能用作电压频率转换器，又可用作频率电压转换器。可广泛用于通讯、仪器仪、雷达、远距离传输等领域。本文介绍了AD650的工作原理以及典型应用电路。 关键词：AD650,电压频率(V/F)转换器,频率电压(F/V)转换器,远距离传输 1. 概述 　　采用电压频率(V/F)转换器以频率形式传输模拟信号是远距离传输模拟信号而又不损失精度的最好解决方法。电压频率转换器将模拟输入信号转换为频率与其电压幅值对应的输出信号，它是模数转换器的另一种形式，是一种输出频率与输入信号成正比的电路。通过光电隔离器和无线电技术在远距离传输线路上传输频率信号使其不受干扰是较为容易的。其组成原理如图1所示。AD650电路既能用作电压频率转换器，又可用作频率电压转换器，因此在通讯、仪器仪表、雷达、远距离传输等领域得到广泛的应用。 2. 特点 　　AD650电路具有以下特点： 　　●满刻度频率高(达1MHz) 　　●很低的非线性度(在10kHz满刻度时非线性度小于0.002％，在100kHz满刻度时非线性度小于0.005％，在1MHz满刻度时非线性度小于0.07％)； 　　●输出电压范围宽(用作F/V转换器，其输出电压范围为0～10V)； 　　●温度范围宽(－40～85℃)； 　　●既能用作电压频率转换器，又可用作频率电压转换器。 3. 引脚排列及功能 　　AD650电路的引脚排列如图2所示，其功能和符号如表1所列。 4. 电路工作原理 　　AD650电压频率转换器工作原理如图3所示，它由积分器、比较器、精密电流源、单稳多谐振荡器和输出晶体管构成。输入信号电流可直接由电源提供，亦可由电阻(R1＋R3)端输入电压产生。由1mA内部电流源开关控制，以精确脉冲提供的内部反馈电流使这种电流源精确平衡。这种电流脉冲可看成是由精密的电荷群构成。出三极管每产生一个脉冲所需要的电荷群数量依赖于输入电流信号的幅度。由于每单位时间传递到求和点的电荷数量对输入信号电流幅度呈线性函数关系，所以可实现电压－频率转换。其特征频率fOUT正比于VIN，并与电路中的阻容值有关。由于电荷平衡式结构对输入信号作连续积分，所以具有优良的抗噪声性能。 5. 电参数 5.1 绝对最大额定值 　　AD650电路的绝对最大额定值如表2所列。 5.2 推荐工作条件 　　AD650电路的推荐工作条件如表3所列。 5.3 特性参数 　　AD650电路的特性参数如表4所列。 6. 典型应用电路 　　AD650可用于高分辨率数模转换器、长期高精度积分器、双线高抗噪声数字传输和数字电压表，并可广泛用于航空、航天、雷达、通讯、导航、远距离字传输等领域。AD650的输入电压可以是正电压输入、负电压输入或正负电压输入。－5V～＋5V正负电压输入的电压频率转换器应用电路如图5所示。AD650用作频率电压(F/V)转换器的应用电路如图6所示。 　　AD650的输出频率fOUT与输入电压VIN的关系可用公式(1)来描述。 　　fOUT=VIN／7.5C1(R1＋R3)(1) 　　上式中R1，R2，R3，C2的取值由式(2)～(4)决定，式中VINmax为最大输入电压，fMAX为满刻度频率，VP为输出电路的电源电压，一般为5V，IL为负载电流。定时电容C1的取值的依据图4选取。     R1＋R3=VINmax／0.25mA(2) 　　R2min(Ω)=VP／(8mA－IL)(3) 　　C2=(10－4／SEC)／fMAX　(1000pF min)(4) 　　 　 LM2907频率／电压转换器原理及应用（图） 类别：电子综合   阅读：1845                           作者：齐永利 鲁云峰 刘 鸣 １ 引言 在测量转速（频率）时，目前多采用数字电路，但有些场合则需要转速（频率）的变化与模拟信号输出相对应，这样便可在自动控制系统实验中用频／压转换器件代替测速发电机，从而使实验设备简化。美国国家半导体公司推出的速度（频率）／电压转换芯片LM2907/LM2917只需接少量的外围元件即可构成模拟式转速表，可用于测量电机转速，实现汽车超速报警等。           ２ LM2907芯片介绍 LM2907为集成式频率／电压转换器，芯片中包含了比较器、充电泵、高增益运算放大器，能将频率信号转换为直流电压信号。LM2917与LM2907基本相同，区别是：LM2917内部有一只稳压管，用于提高电源的稳定性。２．１ 主要特点 LM2917进行频率倍增时只需使用一个RC网络；以地为参考点的转速计（频率）输入可直接从输入管脚接入；运算放大器／比较器采用浮动三极管输出；最大50mA的输出电流可驱动开关管、发光二极管等；内含的转速计使用充电泵技术，对低纹波有频率倍增功能；比较器的滞后电压为30mV利用这个特性可以抑制外界干扰；输出电压与输入频率成正比，线性度典型值为±0.3%；具有保护电路，不会受高于Vcc值或低于地参考点输入信号的损伤；在零频率输入时，LM2907的输出电压可根据外围电路自行调节；当输入频率达到或超过某一给定值时，可将输出用于驱动继电器、指示灯等负载。２．２ 电性能参数LM2907的主要电性能参数如表１所列：表1 LM2907的主要电性能参数（Vcc=12VDC,TA=25）２．３ 引脚排列及内部结构 LM2907/LM2917有DIP8和DIP14两种封装形式。LM2907的DIP14的内部结构如图１所示，DIP8的内部结构及各引脚功能可参考图２。各引脚功能如下：●１脚（Ｆ）和11脚（IN-）为运算放大器／比较器的输入端；●２脚接充电泵的定时电容（C1）；●３脚接充电泵的输出电阻和积分电容（R1/C2）；●４脚（IN+）和10脚（UF1）为运算放大器的输入端；●５脚为输出晶体管的发射极（U0）；●８脚为输出晶体管的集电极，一般接电源（UC）；●９脚为正电源端（VCC）；●12脚为接地端（GND）；●６，７，13，14脚未用。２．４ 工作原理 当充电泵把从输入级输入来的频率转换成为直流电压时，需外接定时电容C1、输出电阻R1以及积分电容或滤波电容C2，当第一级输出的状态发生改变时（这种情况可能发生在输入端上有合适的过零电压或差分输入电压时），定时电容在电压差Vcc/2的两电压值之间被线性地充电或放电，在输入频率信号的半周期中，定时电容上的电荷变化量为C1Vcc/2，泵入电容中的平均电流或流出电容中的平均电流为：△Ｑ／Ｔ＝ic（AVG）＝ｆＩＮ Ｃ１ ＶＣＣ 输出电路把这一电流准确地送到负载电阻（输出电阻）R1中，Ｒ１电阻的另一端接地，这样滤波后的电流被滤波电容积分后得到输出电压：Ｖｏ＝Ｖｃｃ ｆＩＮ Ｃ１Ｒ１ Ｋ其中Ｋ为增益常数，典型值为１。电容Ｃ２的值取决于纹波电压的大小和实际应用中所需要的响应时间。３　应用电路 LM2907的典型应用电路如图２所示，在应用中需注意电阻R1和电容C1的选取。定时电容C1可为充电泵提供内部补偿，为了获得准确的转换结果，其值应大于500pF，太小的电容值会在R1上产生误差电流，特别在低温应用时更是如此。LM2907引脚３的输出电流是内部固定的，因此V0／R1值必须小于或等于此固定值。如果R1太大，将会影响引脚３的输出阻抗，频率／电压转换的线性度也会变差。此外，还要考虑输出纹波电压以及R1对R2值的影响，引脚３的纹波（VRIPPLE）可用下式计算：ＶＲＩＰＰＬＥ＝（Ｖｃｃ／２）（Ｃ１／Ｃ２）[１－（Ｖｃｃ ｆＩＮ Ｃ１／Ｉ２）] R1的选择与纹波无关，但响应时间，即输出Vout稳定在一个新值上需要的时间会随着纹波值的增加而增加，因此必须在纹波、响应时间和线性度之间仔细地进行权衡。另外，器件所允许的输入信号的最大频率由Vcc、C1和I2决定。           ＤＩＰ１４封装ＬＭ２９０７芯片的电路连接可参照图３，只需将管脚３、４，管脚１１、１２连接在一起即可。图中Ｃ１＝１０００ｐＦ，Ｒ１＝１００ｋΩ，Ｃ２＝０．４７μＦ。用示波器观察波形，可以发现电路输出的线性度、灵敏度、准确度都比较好。实际应用中的输入频率信号可以是三角波、方波、正弦波信号。在保证零穿越的情况下都能比较理想的实现频率／电压转换，输入信号的幅值最好在１Ｖ以上但不要超过电源电压。参考电压可以很好地调整输出的最小电压和带负载能力。      _1301165973.unknown