LM331中文资料和应用

LM331中文资料和应用 图 2 是由LM331 组成的电压频率变换电路，LM331 内部由输入比较器、定时比较器、R,S 触发器、输出驱动、复零晶体管、能隙基准电路和电流开关等部分组成。输出驱动管采用集电极开路形式，因而可以通过选择逻辑电流和外接电阻，灵活改变输出脉冲的逻辑电 CMOS 等不同的逻辑电路。当输入端 Vi，输入一正电压时，输入平，以适配TTL、DTL 和 比较器输出高电平，使R,S 触发器置位，输出高电平，输出驱动管导通，输出端f0 为逻辑低电平，同时电源Vcc 也通过电阻R2 对电容C2 充电。当电容C2 两端充电电压大于Vcc 的2/3时，定时比较器输出一高电平，使R,S 触发器复位，输出低电平，输出驱动管截止，输出端f0 为逻辑高电平，同时，复零晶体管导通，电容C2 通过复零晶体管迅速放电;电开关使电容C3 对电阻R3 放电。当电容C3 放电电压等于输入电压Vi 时，输入比较器再次输出高电平，使R,S 触发器置位，如此反复循环，构成自激振荡。输出脉冲频率f0 与输入电压Vi 成正比，从而实现了电压,频率变换。其输入电压和输出频率的关系为:fo=(Vin×R4)/(2.09×R3×R2×C2) 由式知电阻R2、R3、R4、和C2 直接影响转换结果f0，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。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。 同样，由 LM331 也可构成频率,电压转换电路。 LM331 压频变换器的原理及应用 摘要:介绍了集成电路LM331 的结构和特点， 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 了V/F 和F/V 电路的工作原理。同时也给出了一些应用的例子。 关键词:电压,频率变换; 频率,电压变换; LM331 1. 概述 LM331 是美国NS 公司生产的性能价格比较高的集成芯片，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。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0.1Hz 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 的内部电路组成如图1 所示。由输入比较器、定时比较器、R,S 触发器、输出驱动管、复零晶体管、能隙基准电路、 精密电流源电路、电流开关、输出保护管等部分组成。输出驱动管采用集 电极开路形式，因而可以通过选择逻辑电流和外接电阻，灵活改变输出脉 冲的逻辑电平，以适配TTL、DTL 和CMOS 等不同的逻辑电路。LM331 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Vcc 短路。 2. 工作原理 2.1 电压—频率变换器 图 2 是由LM331 组成的电压椘德时浠坏缏贰,饨拥缱鑂t、Ct和定时比较器、复零晶体管、R,S 触发器等构成单稳定时电路。当输入端Vi，输入一正电压时，输入比较器输出高电平，使R,S 触发器置位，Q 输出高电平，输出驱动管导通，输出端f0 为逻辑低电平，同时，电流开关打向右边，电流源IR 对电容CL 充电。此时由于复零晶体管截止，电源Vcc 也通过电阻Rt 对电容Ct 充电。当电容Ct两端充电电压大于Vcc 的2/3 时，定时比较器输出一高电平，使R,S 触发器复位，Q 输出低电平，输出驱动管截止，输出端f0为逻辑高电平，同时，复零晶体管导通，电容Ct通过复零晶体管迅速放电;电流开关打向左边，电容Cl 对电阻RL 放 电。当电容CL 放电电压等于输入电压Vi 时，输入比较器再次输出高电平，使R,S 触发器置位，如此反复循环，构成自激振荡。图3 画出了电容Ct、Cl 充放电和输出脉冲f0 的波形。设电容CL 的充电时间为t1，放电时间为t2，则根据电容CL 上电荷平衡的原理，我们有: (IR,VL/RL)t1=t2VL/RL 从上式可得: f0=1/(t1，t2)=VL/(RLIRt1) 实际上，该电路的 VL 在很少的范围内(大约10mV)波动，因此，可认为VL=Vt，故上式可以表示为:f0==Vt/(RLIRt1)可见，输出脉冲频率 f0 与输入电压Vi 成正比，从而实现了电压,频率变换。式中IR 由内部基准电压源供给的1.90V 参考电压和外接电阻Rs 决定，IR=1.90/Rs，改变Rs 的值，可调节电路的转换增益，t1 由定时元件Rt 和Ct 决定，其关系是t1=1.1RtCt，典 型值Rt=6.8kΩ，Ct=0.01μF，t1=7.5μs。由 f0=Vi/(RLIRt)可知，电阻Rs、Rl、Rt 和电容Ct 直接影响转换结果f0，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。电容Cl 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。 2.2 频率,电压变换器由 LM331 构成的频率,电压转换电路如图4 所示，输入脉冲fi 经 R1、C1 组成的微分电路加到输入比较器的反相输入端。输入比较器的同相输入端经电阻R2、R3 分压而加有约2Vcc/3 的直流电压，反相输入端经电阻R1 加有Vcc 的直流电压。当输入脉冲的下降沿到来时， 经微分电路R1、C1 产生一负尖脉冲叠加到反相输入端的Vcc 上，当负向尖脉冲大于Vcc/3 时，输入比较器输出高电平使触发器置位，此时电流开关 打向右边，电流源IR对电容CL充电，同时因复零晶体管截止而使电源Vcc 通过电阻Rt对电容Ct充电。当电容CL两端电压达到2Vcc/3时，定时比较器输出高电平使触发器复位，此时电流开关打向左边，电容CL通过电阻RL 放电，同时，复零晶体管导通，定时电容 Ct迅速放电，完成一次充放电过程。此后，每当输入脉冲的下降沿到来时，电路重复上述的工作过程。从前面的分析可知，电容CL 的充电时间由定时电路Rt、Ct 决定，充电电流的大小由电流源IR 决定，输入脉冲的频率越高，电容CL 上积累的电荷就越多输出电压(电容CL 两端的电压)就越高，实现了频率,电压的变换。按照前面推导V/F 表达式的方法，可得到输出电压VO 与fi 的关 系为: VO=2.09RlRtCtfi/Rs 电容 C1 的选择不宜太小，要保证输入脉冲经微分后有足够的幅度来触发输入比较器，但电容C1 小些有利于提高转换电路的抗干扰能力。电阻RL和电容CL 组成低通滤波器。电容CL 大些，输出电压VO的纹波会小些，电容CL 小些，当输入脉冲频率变化时，输出响应会快些。这些因素在实际运用时要综合考虑。 3. 应用 图 5 为由两块LM331 组成的遥测电路。在人员不能进入或不易进入的场合，通过传感器将被测量转换为电压，经运算放大器放大为0,10V 电压信号，由LM331 进行V/F 变换为脉冲信号，通过长双绞线传输到测量室，在测量室内通过光电耦合器转换为幅度稳定的脉冲电压，此脉冲电压再经LM331 进行F/V 变换为电压进行测量，从而可避免直接导线连接到测量室而造成的线路衰减或干扰，提高测量精度。当前，12 位以上的A/D 转换器的价格仍较昂贵，用V/F 变换器来代替A/D 转换器，在要求速度不太高的场合是一种较好的选择。用LM331 构成的A/D 变换器采集系统接口电路如图6 所示。从传感器来的毫伏级的电压信号经低温漂运算放大器INA101 放大到0,10V 后加到V/F 变换器LM331 的输入端，从频率输出端f0 输出的频率信号加到单片机8031 的输入端T1 上。根据分辨率的要求利用软件(限于篇幅，程序部分略)处理，最后得到A/D 转换的结果。