复位式VFC电路的改进

复位式VFC 电路的改进

蒋

猛

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(内江师范学院物理与电子信息工程学院,四川内江　1112)

　　摘要:分析普通复位式电压-频率转换电路的缺点,提出一种新的复位式电压-频率转换电路,介绍其原理

及应用。

关键词:电压,频率,转换,V FC 电路中图分类号:TM131

文献标识码:A

文章编号:1671-1785(2008)08-0037-02

前言

　　V FC 是电压-频率转换电路的简称,

其基本功能是将输入的直流电压转换成频率与其数值成正比的脉冲信号输出[1]1该电路在电子技术中用途很广,常用于准数∕模转换,压控振荡,鉴频等电路之中[2]1

电压-频率转换电路一般由集成运放构成,有电荷平衡式及复位式两种电路形式1复位式电压-频率转换电路原理较为简单,但由于其精度不高应用较少1

1普通复位式VFC 介绍

典型的复位式电压-频率转换电路如图1所示[3]

1

(a )原理框图　(b )　波形分析　(c )实际电路

图1　复位式电压频率转换电路

电路由积分器和单限比较器组成,S 为模拟电子开关,可由三极管或场效应管组成。设输出电压u O 为高电平U OH 时

S 断开,u o 为低电平U OL 时S 闭合1当电源接通后,由于电容C 上电压为零,即u O 1=0,使u O =U OH ,S 断开,积分器对u I

积分,u O 1逐渐减小;一旦u O 1过基准电压U REF ,u O 将从U OH 跃

变为U OL ,导致S 闭合,使C 迅速放电至零,即u O 1=0,从而u O 从U OL 跃变为U OH ;S 又断开,重复上述过程,电路产生自激振荡,波形如图(b )所示1u I 愈大,u O 1从零变化到U REF 所需时间愈短,振荡频率也就愈高1其振荡频率与输入电压的关系为:

f c ≈

1RC

g

u I

U REF

(1)

仔细分析图1所示电路存在以下问题:

由于开关S (如三极管)总存在一定的导通电阻,因此电容C 放电具有一定时间,而电压比较器动作十分灵敏,一般同相端与反相端之间差2m V 左右即可动作,若比较器动作较快,则电容电压刚放到一定值时(即电容并没放电至零)比较器已经翻转,开关重新断开,积分器开始积分1这样,积分器的起始值很难确定,故影响该电压-频率转换电路的转换精度1

为此,笔者在原电路原理的基础上加以改进,设计了一种新的复位式电压频率转换电路,下面加以介绍1

2　复位式VFC 电路的改进

211

原理电路

原理电路如图2所示。该电路适用于输入电压u I <0的

场合1

图中,A 1为积分器,A 2为电压比较器,D 1使比较器反相端固定偏置为V 1(016V 左右),D 2为开关管T 的保护二极管1C 1为加速电容,以提高开关速度1

设电路接通时,u O 1=0,由于D 1作用,输出u O 为负向最大值,由于正反馈作用,电路处于保持状态,晶体管T 截止,当有负的输入电压时,A 1正向积分1这时,比较器同相端电压值为:

u +=

R 2R 1+R 2

u O 1-R 2R 1+R 2

V Z 1

(2)

式中V Z 为稳压管稳压值1当同相端电压和反相端电压V 1相

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73・　收稿日期:2008-04-28　作者简介:蒋猛(1975-),男,四川汉源人,内江师范学院实验师。

内江师范学院学报第23卷第8

期

图2　改进VFC 原理电路

等时,比较器翻转,即

R 2R 1+R 2

u O 1-R 1R 1+R 2

V Z =V 11

(3)

由此求得比较器翻转时积分器的输出电压

u O 1=

R 1

R 2

V Z +1+

R 1

R 2

V 11(4)

电路翻转后,输出电压u O 跳变为正的最大值,于是晶体管饱和导通,积分电容C 迅速放电1同时,稳压管也正向导通,其值为二极管正向压降V 1(016V 左右)1因此,当放电至

u O 1=V 1时,比较器重新翻转,输出负向最大值1晶体管T 重

新截止,新一轮积分开始,如此周而复始产生振荡1

从以上分析看出,积分器每次积分起始值为V 1,积分器每次积分输出电压变化值为:

u O 1(T )=

R 1R 2V Z +R 1R 2V 1=

R 1

R 2

(V Z +V 1)1(5)

忽略电容放电时间,则

u O 1(T )≈-

1

RC

∫

T

(-u 1)dt =

T

R C u 1=

R 1R 2

(V Z +V 1)1由此可得振荡周期

T ≈RCg

R 1R 2g V Z +V 1

u 1,从而得出振荡频率:

f ≈

1RC

g

R 2R 1g u 1

V Z +V 1

1(6)

从上面分析看出,输出频率与输入电压成正比,且积分的起始值与终止值可精确确定,因而可提高变换精度1

212

元件选取与电路调试

为提高电路变换精度,集成运放应选用高速及高输入电

阻运放,可选L F353及CA 3240等1三极管用普通高频管

9014即可,电阻应用精密金属膜电阻,积分电容应选用介质

损耗小的金属无感电容1为减小开关三极管漏电流对积分电路的影响,电容值不能太小1

实际电路如图3所示,当输入电压为-10m

V ～-10V 时,输出脉冲频率为10Hz ～10KHz ,图中电位器R P 为精度调整,应选用多圈微调电位器以提高调整精度及可靠性1

图3　复位式VFC 实用电路

使用时,在输入端输入-5V 标准直流电压,调电位器

R P ,使输出的信号频率为5KHz 即可1

上述电路,只是应用方案之一,读者可根据应用情况,作出修改,以便获得更佳效果1

结束语

当前,专用集成电压-频率转换电路已有多种型号,常

见的有AD650及V FC32等,精度都很高,还可进行频率-电压转换,使用十分方便[4],但价格都很高。由通用集成运放构成电压-频率转换电路,结构也较简单,但价格却很低廉,实用中仍有其价值,特别在学校实验教学中,对启发学生思路及对电路原理的了解应用,更有其实际意义1参考文献:

[1]孔有林1集成运算放大器及其应用[M ]1北京:人民邮

电出版社,19150025161

[2]李刚1现代测控电路[M ]1北京:高等教育出版社,

20041160211

[3]童诗白1模拟电子技术基础[M ]13版1北京:高等教育

出版社,2003144224461

[4]王新贤1通用集成电路速查手册[M ]12版1济南:山东

科技出版社,2003125723131

The Improvement of R eset Model of VFC Circuit

J I ANG Meng

(School of Physics &Electronic Informational Engineering ,Neijiang Normal University ,Neijiang ,Sichuan 1112,China )

　　Abstract :Through analyzing the deficiency of the normal V FC circuit ,the author offers a new Re 1

K ey w ords :voltage ,frequency ,switch ,V FC circuit

(责任编辑:李伟男)

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