一般說明

LM131/LM231/LM331系列電壓頻率比轉(zhuǎn)換器非常適合用于簡單的低成本電路，用于模數(shù)轉(zhuǎn)換、精確的頻率-電壓轉(zhuǎn)換、長期集成、線性頻率調(diào)制或解調(diào)以及許多其他功能。用作電壓-頻率轉(zhuǎn)換器時(shí)的輸出脈沖序列的頻率與施加的輸入電壓。因此，它提供了電壓-頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)的所有固有優(yōu)勢，并且易于應(yīng)用于所有標(biāo)準(zhǔn)電壓-頻率轉(zhuǎn)換器應(yīng)用。此外，LM131A/LM231A/LM331A實(shí)現(xiàn)了一個(gè)新的高精度的垂直溫度，這只能通過擴(kuò)展電壓到頻率模塊來實(shí)現(xiàn)。另外LM131非常適合在低功率供電電壓的數(shù)字系統(tǒng)中使用，并可在微處理器控制的系統(tǒng)中提供低成本的模數(shù)轉(zhuǎn)換版本。而且，從電池供電的電壓到頻率轉(zhuǎn)換器的頻率可以很容易地通過一個(gè)簡單的光隔離器進(jìn)行傳輸，從而對高共模電平提供隔離。LM131/LM231/LM331采用了一種新的溫度補(bǔ)償帶隙基準(zhǔn)電路，在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)提供卓越的精度電源低至4.0V。精密定時(shí)器電路在不降低快速響應(yīng)的情況下具有低偏置電流用于100 kHz電壓-頻率轉(zhuǎn)換。并且輸出能夠驅(qū)動3個(gè)TTL負(fù)載，或者高電壓輸出高達(dá)40V，但可防止短路VCC。

特征

保證線性最大0.01%

提高了現(xiàn)有電壓頻率比的性能

轉(zhuǎn)換應(yīng)用程序

分供或單供運(yùn)行

在單個(gè)5V電源上工作

與所有邏輯形式兼容的Y脈沖輸出

優(yōu)異的溫度穩(wěn)定性，g50 ppm/§C最大值

低功耗，5V時(shí)為15 mW

寬動態(tài)范圍，10 kHz滿標(biāo)度時(shí)為100 dB min

頻率

全刻度頻率范圍寬，1 Hz至100 kHz

低成本

絕對最大額定值（注1）

LM131A/LM131 LM231A/LM231 LM331A/LM331

電源電壓40V 40V 40V

輸出對地短路持續(xù)持續(xù)持續(xù)

輸出對VCC短路持續(xù)持續(xù)持續(xù)

輸入電壓b0.2V到aVS b0.2V到aVS b0.2V到aVS TMIN TMAX TMIN TMAX

工作環(huán)境溫度范圍b55§C至a125§C b25§C至a85§C 0§C至a70§C

功耗（25°C時(shí)的PD）

和熱阻（ijA）

（H包）PD 670 mWijA 150§C/W

（N包裝）PD 1.25W 1.25W

ijA 100§C/W 100§C/W（M包）PD 1.25W

iJA 85§C/W

鉛溫度（焊接，10秒）

雙列直插式包裝（塑料）260§C 260§C 260§C

金屬罐包裝（TO-5）260§C

靜電放電敏感性（注4）

金屬罐包裝（TO-5）2000V

其他包裝500V 500V

電氣特性TAe25§C，除非另有規(guī)定（注2）

電氣特性TAe25§C，除非另有規(guī)定（注2）（續(xù)）

注1：絕對最大額定值表示設(shè)備可能發(fā)生損壞的極限值。操作時(shí)，直流和交流電氣規(guī)格不適用超出規(guī)定操作條件的裝置。

注2：除非另有說明，否則所有規(guī)格均適用于圖3電路，電壓為4.0VsVSs40V。

注3：非線性是指當(dāng)電路在10 Hz和10 kHz下被調(diào)整為零誤差時(shí)，fOUT與VIN c（10 kHz/b10 VDC）的偏差，頻率范圍為1赫茲到11千赫。對于定時(shí)電容器CT，使用NPO陶瓷、聚四氟乙烯或聚苯乙烯。

注4：人體模型，100 pF通過1.5 kX電阻放電。

典型性能特征

（除非另有說明，所有電氣特性均適用于圖3中的電路。）

典型應(yīng)用（續(xù)）

簡化的操作原理

電壓-頻率轉(zhuǎn)換器

LM131是一種單片電路，設(shè)計(jì)用于精度和作為電壓頻率比應(yīng)用時(shí)的多功能操作（V-to-F）轉(zhuǎn)換器或頻率-電壓（F-V）轉(zhuǎn)換器。LM131的簡化框圖如所示圖2由開關(guān)電流源、輸入端組成比較器和單次定時(shí)器。這些街區(qū)的運(yùn)作最好通過通過基本V-F轉(zhuǎn)換器的工作循環(huán)，圖2，包括LM131以及與之相連的各種電阻器和電容器。電壓比較器比較正輸入電壓，針腳7處的V1與針腳6處的電壓Vx。如果V1較大，則比較器將觸發(fā)單次定時(shí)器。的輸出定時(shí)器將同時(shí)打開頻率輸出晶體管和周期為te1.1rtct的開關(guān)電流源。期間這段時(shí)間，電流i會流出開關(guān)電流來源并提供固定數(shù)量的費(fèi)用，Qei c t電容器，CL。這通常會給Vx充電，直到更高級別高于V1。在時(shí)間段結(jié)束時(shí)，當(dāng)前i將關(guān)閉，計(jì)時(shí)器將自動重置。現(xiàn)在沒有電流從引腳1流出，電容器CL將由RL逐漸放電，直到Vx下降到V1級。然后比較器將觸發(fā)定時(shí)器開始另一個(gè)循環(huán)。流入CL的電流正好是IAVE e i c（1.1crct）c f，流出CL的電流正好是Vx/RL j VIN/RL。如果車輛識別號（VIN）翻倍，頻率將加倍，以保持這種平衡。即使是一個(gè)簡單的V-F轉(zhuǎn)換器也能提供一個(gè)與輸入電壓精確成比例的頻率在廣泛的頻率范圍內(nèi)。

圖2。單機(jī)簡化框圖電壓-頻率轉(zhuǎn)換器顯示LM131和外部組件

操作細(xì)節(jié)，功能塊

圖（圖1a）方框圖顯示了一個(gè)提供穩(wěn)定1.9 VDC輸出的帶隙基準(zhǔn)。這個(gè)1.9伏直流電調(diào)節(jié)良好在3.9V到40V的電壓范圍內(nèi)。它也有一個(gè)平坦的，低的溫度系數(shù)，通常變化小于（/2%超過100攝氏度的溫度變化。電流泵電路迫使針腳2處的電壓為1.9V，電流ie1.90V/RS。為Rse14k，ie135 mA。精密電流反射器向電流開關(guān)提供等于i的電流。電流開關(guān)將電流切換至針腳1或接地，具體取決于關(guān)于RS觸發(fā)器的狀態(tài)。定時(shí)功能包括一個(gè)RS觸發(fā)器和一個(gè)定時(shí)器比較器連接到外部RtCt網(wǎng)絡(luò)。什么時(shí)候？輸入比較器檢測到針腳7處的電壓高于引腳6，它設(shè)置RS觸發(fā)器，打開電流開關(guān)和輸出驅(qū)動晶體管。當(dāng)電壓在引腳5上升到/3 VCC，定時(shí)器比較器導(dǎo)致RS觸發(fā)器復(fù)位。復(fù)位晶體管隨后接通，并且電流開關(guān)關(guān)閉。但是，如果輸入比較器仍然檢測到針腳7更高當(dāng)引腳5穿過）/3 VCC時(shí)，觸發(fā)器不會復(fù)位，引腳1處的電流將繼續(xù)在其嘗試使針腳6處的電壓高于針腳7。這個(gè)條件通常適用于啟動條件或信號輸入處的過載電壓情況。應(yīng)該是的注意到在這種過載期間，輸出頻率將為0；一旦信號恢復(fù)工作范圍內(nèi)，輸出頻率將恢復(fù)。輸出驅(qū)動晶體管的作用是用一個(gè)導(dǎo)通電阻約為50倍。如果出現(xiàn)過電壓，則輸出電流主動限制在50毫安以下。針腳2處的電壓調(diào)節(jié)為1.90 VDC，所有值為在10毫安到500毫安之間。它可以用作電壓參考其他部件，但必須注意確保電流不會從其上帶走，否則會降低轉(zhuǎn)換器的精度。

基本電壓-頻率轉(zhuǎn)換器的工作原理（圖1）簡單的獨(dú)立V-F轉(zhuǎn)換器如圖1所示包括圖2所示的所有基本電路以及一些元件，以提高性能。在路徑中添加了一個(gè)電阻器RINe100 kXg10%至引腳7，使引腳7處的偏置電流（典型的b80 nA）會消除引腳6的偏置電流的影響提供最小頻率偏移。針腳2處的電阻RS由12 kX固定電阻器加上一個(gè)5kx（最好是金屬陶瓷）增益調(diào)節(jié)rheo  stat。此調(diào)整的功能是修剪增益LM131的公差，以及Rt、RL和Ct的公差

典型應(yīng)用（續(xù)）

為了達(dá)到最佳效果，所有組件都應(yīng)該是穩(wěn)定的低溫度系數(shù)組件，例如金屬薄膜電阻。電容器應(yīng)具有低介電吸收；根據(jù)所需的溫度特性，NPO最好是陶瓷、聚苯乙烯、聚四氟乙烯或聚丙烯適合。電容器CIN從引腳7加到地上，作為VIN過濾器。0.01 mF到0.1 mF的值在大多數(shù)情況下；但是，在需要更好濾波的情況下，可以使用1 mF電容器。當(dāng)RC時(shí)間常數(shù)在針腳6和針腳7處匹配，電壓階躍車輛識別號（VIN）將導(dǎo)致四階躍變。如果CIN少很多而不是CL，在VIN處的一個(gè)步驟可能會導(dǎo)致fOUT暫時(shí)停止。一個(gè)47X電阻器，與1 mF CL串聯(lián)，以提供滯后效應(yīng)有助于輸入比較器提供良好的線性度（典型值為0.03%）。精密V-TO-F操作細(xì)節(jié)轉(zhuǎn)換器（圖3）在該電路中，采用傳統(tǒng)的運(yùn)算放大器和反饋電容器進(jìn)行積分。當(dāng)積分器的輸出超過標(biāo)稱閾值時(shí)在LM131引腳6處的電平，啟動正時(shí)循環(huán)。輸入運(yùn)算放大器求和點(diǎn)的平均電流（針腳2）為i c（1.1 RtCt）c f，與bVIN/林。在這個(gè)電路中，LM131的電壓偏移輸入比較器不影響?yīng)毩⑹絍-F轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器；LM131偏置電流或偏置電流也不會發(fā)生變化。相反，偏移電壓和偏移電流運(yùn)算放大器的大小是唯一的限制信號可精確轉(zhuǎn)換。因?yàn)檫\(yùn)算放大器電壓偏移遠(yuǎn)低于1毫伏，偏移電流低2毫安，成本低廉，建議使用此電路，以獲得小信號的最佳精度。此電路也會立即響應(yīng)輸入信號的任何變化（其中獨(dú)立電路不）使輸出頻率將準(zhǔn)確表示車輛識別號，最快2輸出脈沖間隔可以測量。在精密模式下，由于電流源（引腳1）始終處于接地電位，且電壓不隨VIN或fOUT變化，因此可獲得良好的線性度。（在獨(dú)立V-F轉(zhuǎn)換器，非線性的主要原因是導(dǎo)致i改變的引腳1的輸出阻抗作為VIN的函數(shù)）。圖4的電路與圖3相同，但隨著高速運(yùn)行所需的改變。

1.使用溫度系數(shù)較低的穩(wěn)定部件。參見典型應(yīng)用部分。

2.對于VSe8V到22V，該電阻可以是5Kx或10Kx，但是對于VSe4.5V到8V，這個(gè)電阻必須是10Kx。

3.A1：推薦型號LM108、LM308A、LF411A使用低偏移電壓和低偏移電流運(yùn)算放大器

圖3標(biāo)準(zhǔn)測試電路及應(yīng)用電路，精密電壓-頻率轉(zhuǎn)換器

典型應(yīng)用（續(xù)）

操作細(xì)節(jié)，頻率-電壓轉(zhuǎn)換器（圖5和圖6）在這些應(yīng)用中，鰭部的脈沖輸入有以下區(qū)別C-R網(wǎng)絡(luò)和引腳6的負(fù)向邊導(dǎo)致觸發(fā)定時(shí)器電路的輸入比較器。就像一個(gè)V-to-F轉(zhuǎn)換器，從引腳1流出的平均電流是平均e i c（1.1 RtCt）c f。在圖5的簡單電路中，這個(gè)電流被過濾進(jìn)去網(wǎng)絡(luò)RL e 100 kX和1 mF。漣漪會少一些峰值超過10毫伏，但響應(yīng)會很慢0.1秒時(shí)間常數(shù)，0.7秒0.1%準(zhǔn)確度。在精密電路中，運(yùn)算放大器提供緩沖輸出，也可作為2極濾波器。漣漪所有頻率高于1 kHz時(shí)，峰值將小于5 mV，響應(yīng)時(shí)間比圖5快得多。但是，對于低于200赫茲的輸入頻率，該電路將波紋比圖5更糟。過濾器工程時(shí)間常數(shù)，以獲得足夠的響應(yīng)和足夠小ripple只需要研究一下制造的。本質(zhì)上，V-to-F轉(zhuǎn)換器的響應(yīng)可以很快，但F-to-V反應(yīng)不能。

1.使用溫度系數(shù)較低的穩(wěn)定部件。參見典型應(yīng)用部分。

2.對于VSe8V至22V，該電阻可以是5 kX或10 kX，但對于VSe4.5V至8V，必須為10 kX。

3.A1使用低偏置電壓和低偏置電流運(yùn)算放大器：推薦型號LF411A或LF356。

典型應(yīng)用（續(xù)）

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