本發(fā)明涉及一種電壓頻率轉(zhuǎn)換器（vfc）的技術(shù)，尤其是一種電壓/頻率傳輸特性曲線優(yōu)于0.5%，溫度系數(shù)小于0.01%℃的低溫漂精密電壓-頻率變換器。

背景技術(shù)：

1、電壓頻率轉(zhuǎn)換器（vfc）是一種實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的器件，可以將模擬電壓量轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)，輸出信號(hào)的頻率與輸入電壓的大小成正比，其工作原理是將輸入的模擬電壓信號(hào)經(jīng)過適當(dāng)比例的運(yùn)算放大器，輸出到電壓-頻率轉(zhuǎn)換器中，通過分頻器將脈沖信號(hào)頻率與輸入電壓成線性比例地降低，再經(jīng)過整形電路將方波變?yōu)榫匦尾ǎ詈筝敵鲱l率與輸入電壓成正比的矩形波信號(hào)。

2、電壓頻率轉(zhuǎn)換器廣泛應(yīng)用于測(cè)量、控制、自動(dòng)化等領(lǐng)域，可以將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，方便后續(xù)處理和應(yīng)用。例如，在電機(jī)控制、變頻調(diào)速、智能儀表等領(lǐng)域，電壓頻率轉(zhuǎn)換器可以將轉(zhuǎn)速、流量、溫度等物理量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖信號(hào)，便于計(jì)數(shù)、測(cè)量和控制。此外，在電力系統(tǒng)中，電壓頻率轉(zhuǎn)換器也可以用于監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)。

3、lm131/lm231/lm331系列電壓頻率比轉(zhuǎn)換器非常適合用于簡(jiǎn)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(zhǎng)期集成、線性頻率調(diào)制或解調(diào)以及許多其他功能，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。

4、因此在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，使用lm231/331芯片，可以構(gòu)建低成本的電壓頻率轉(zhuǎn)換器，由于其集成度高，應(yīng)用非常簡(jiǎn)便、穩(wěn)定，當(dāng)它用作電壓頻率轉(zhuǎn)換器時(shí)，輸出將是頻率線性等于所施加的輸入電壓的脈沖串。為了獲得更高水平的溫度漂移精度，可以使用?lm231a/lm331a，可針對(duì)?0-10v?輸入電壓變化提供?10hz?-11khz?的變化，最大非線性度僅為0.03%。

5、當(dāng)然，在高校的模電和數(shù)電教學(xué)、實(shí)驗(yàn)中，電壓-頻率變換也是一個(gè)比較重要的教學(xué)內(nèi)容，在相關(guān)教材和參考資料中，關(guān)于電壓-頻率變換電路，最常教授的不是基于lm131/lm231/lm331的vfc電路而是基于555時(shí)基電路的vfc電路，因lm131/lm231/lm331集成度高導(dǎo)致理論教學(xué)不易舉一反三，該芯片的底層原理沒辦法講授。

6、基于555定時(shí)器的電壓頻率轉(zhuǎn)換器可以將電壓變化轉(zhuǎn)換為頻率變化，頻率振蕩可以通過改變定時(shí)元件來(lái)調(diào)節(jié)，這種基于555時(shí)基電路的vfc電路易于從基礎(chǔ)講授，為學(xué)生的相關(guān)電路知識(shí)打好基礎(chǔ)，不過其輸出頻率的容差小于?2%，仍偏高。

7、也可以設(shè)計(jì)一種只使用兩個(gè)運(yùn)算放大器的精密-頻率變換器，第一個(gè)運(yùn)算放大器ic1用作多諧振蕩器，振蕩信號(hào)經(jīng)積分電路形成直流電壓平均值v2，v2正比于振蕩信號(hào)頻率；第二個(gè)運(yùn)放ic2作為比較積分器電路，將外部控制電壓v1與v2比較積分，積分器的輸出將會(huì)影響振蕩器的脈沖間隔（非占空），以至于影響壓控振蕩器振蕩頻率，由于電路始終是要達(dá)到平衡的，那么v1=v2，由于v2正比于振蕩信號(hào)頻率，那么外部控制信號(hào)v1也正比于振蕩頻率。

8、該電壓/頻率傳輸特性曲線優(yōu)于0.5%，溫度系數(shù)小于0.01%℃，對(duì)比采用555的電壓頻率轉(zhuǎn)換器，其線性度要高，溫漂效應(yīng)也減低許多。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、使用可靠、電壓/頻率傳輸特性曲線優(yōu)于0.5%，溫度系數(shù)小于0.01%℃的低溫漂精密電壓-頻率變換器。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種低溫漂的精密電壓-頻率變換器，其包括多諧振蕩器電路、溫度系數(shù)補(bǔ)償電路、積分電路、積分比較器電路、直流控制電壓、調(diào)零電路；運(yùn)放a1、電阻r1、電阻r2、電阻r3、電阻r4、電阻r7、電位器p1、二極管d3、二極管d4、電容c1構(gòu)成所述多諧振蕩器電路，運(yùn)放a1的輸出端輸出的高電平依次通過電位器p1、電阻r4、正向二極管d3為電容c1充電，二極管d5對(duì)電容c1的充電電壓反向截止，導(dǎo)致電容c1的充電電壓只能通過正向二極管d4、電阻r7向運(yùn)放a2的輸出端放電；二極管d1、二極管d2構(gòu)成所述溫度系數(shù)補(bǔ)償電路，運(yùn)放a1的輸出端依次通過正向二極管d1、電阻r3連接運(yùn)放a1的同相輸入端，反向二極管d2與正向二極管d1并聯(lián)；電阻r6、電容c3構(gòu)成所述積分電路，運(yùn)放a2、電容c4構(gòu)成所述積分比較器電路，運(yùn)放a1的輸出端通過電阻r6連接運(yùn)放a2的同相輸入端，運(yùn)放a2的同相輸入端通過電容c3連接工作地，運(yùn)放a1輸出的振蕩信號(hào)通過所述積分電路產(chǎn)生等于運(yùn)放a1輸出波形的平均值的直流電壓v2，與運(yùn)放a1輸出的振蕩信號(hào)頻率成正比的直流電壓v2進(jìn)入運(yùn)放a2的同相輸入端，電位器p2構(gòu)成所述調(diào)零電路，運(yùn)放a2的1腳通過電位器p2的電阻體連接運(yùn)放a2的5腳，電位器p2的滑動(dòng)端連接工作地；直流控制電壓v1通過電阻r8進(jìn)入運(yùn)放a2的反相輸入端，電阻r8阻值為1mω；運(yùn)放a1的輸出端通過電阻r5輸出振蕩信號(hào)fout，fout信號(hào)的頻率與直流控制電壓v1成正比關(guān)系。

3、所述多諧振蕩器電路，供電+vcc依次通過并聯(lián)的電阻r1與電阻r3、電阻r2連接工作地，電阻r1與電阻r2的連接點(diǎn)為運(yùn)放a1的同相輸入端產(chǎn)生10v參考電壓，運(yùn)放a1的反相輸入端通過電容c1連接工作地。

4、所述積分比較器電路，若直流控制電壓v1低于v2，則所述積分比較器電路a2的輸出產(chǎn)生正斜率鋸齒信號(hào)，電容c1的放電速率逐漸變慢，運(yùn)放a1輸出的振蕩信號(hào)周期變大、頻率變小；若直流控制電壓v1高于v2，則所述積分比較器電路a2的輸出產(chǎn)生負(fù)斜率鋸齒信號(hào)，電容c1的放電速率逐漸變快，運(yùn)放a1輸出的振蕩信號(hào)周期變小、頻率變大；若直流控制電壓v1等于v2，則所述積分比較器電路a2的輸出電壓保持不變，運(yùn)放a1輸出的振蕩信號(hào)周期不變、頻率不變。

技術(shù)特征：

1.一種低溫漂的精密電壓-頻率變換器，其特征在于，所述電壓-頻率變換器包括多諧振蕩器電路、溫度系數(shù)補(bǔ)償電路、積分電路、積分比較器電路、直流控制電壓、調(diào)零電路；運(yùn)放a1、電阻r1、電阻r2、電阻r3、電阻r4、電阻r7、電位器p1、二極管d3、二極管d4、電容c1構(gòu)成所述多諧振蕩器電路，運(yùn)放a1的輸出端輸出的高電平依次通過電位器p1、電阻r4、正向二極管d3為電容c1充電，二極管d5對(duì)電容c1的充電電壓反向截止，導(dǎo)致電容c1的充電電壓只能通過正向二極管d4、電阻r7向運(yùn)放a2的輸出端放電；二極管d1、二極管d2構(gòu)成所述溫度系數(shù)補(bǔ)償電路，運(yùn)放a1的輸出端依次通過正向二極管d1、電阻r3連接運(yùn)放a1的同相輸入端，反向二極管d2與正向二極管d1并聯(lián)；電阻r6、電容c3構(gòu)成所述積分電路，運(yùn)放a2、電容c4構(gòu)成所述積分比較器電路，運(yùn)放a1的輸出端通過電阻r6連接運(yùn)放a2的同相輸入端，運(yùn)放a2的同相輸入端通過電容c3連接工作地，運(yùn)放a1輸出的振蕩信號(hào)通過所述積分電路產(chǎn)生等于運(yùn)放a1輸出波形的平均值的直流電壓v2，與運(yùn)放a1輸出的振蕩信號(hào)頻率成正比的直流電壓v2進(jìn)入運(yùn)放a2的同相輸入端，電位器p2構(gòu)成所述調(diào)零電路，運(yùn)放a2的1腳通過電位器p2的電阻體連接運(yùn)放a2的5腳，電位器p2的滑動(dòng)端連接工作地；直流控制電壓v1通過電阻r8進(jìn)入運(yùn)放a2的反相輸入端，電阻r8阻值為1mω；運(yùn)放a1的輸出端通過電阻r5輸出振蕩信號(hào)fout，fout信號(hào)的頻率與直流控制電壓v1成正比關(guān)系。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低溫漂的精密電壓-頻率變換器，其特征在于，所述多諧振蕩器電路，供電+vcc依次通過并聯(lián)的電阻r1與電阻r3、電阻r2連接工作地，電阻r1與電阻r2的連接點(diǎn)為運(yùn)放a1的同相輸入端產(chǎn)生10v參考電壓，運(yùn)放a1的反相輸入端通過電容c1連接工作地。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低溫漂的精密電壓-頻率變換器，其特征在于，所述積分比較器電路，若直流控制電壓v1低于v2，則所述積分比較器電路a2的輸出產(chǎn)生正斜率鋸齒信號(hào)，電容c1的放電速率逐漸變慢，運(yùn)放a1輸出的振蕩信號(hào)周期變大、頻率變小；若直流控制電壓v1高于v2，則所述積分比較器電路a2的輸出產(chǎn)生負(fù)斜率鋸齒信號(hào)，電容c1的放電速率逐漸變快，運(yùn)放a1輸出的振蕩信號(hào)周期變小、頻率變大；若直流控制電壓v1等于v2，則所述積分比較器電路a2的輸出電壓保持不變，運(yùn)放a1輸出的振蕩信號(hào)周期不變、頻率不變。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種低溫漂的精密電壓?頻率變換器，運(yùn)放A1、電阻R1、R2、R3、R4、R7、電位器P1、二極管D3、D4、電容C1構(gòu)成多諧振蕩器電路，A1的6腳通過P1、R4、D3為C1充電，C1只能通過D4、R7向A2的輸出端放電；二極管D1、D2構(gòu)成溫度系數(shù)補(bǔ)償電路，R6、C3構(gòu)成積分電路，A2、C4構(gòu)成積分比較器電路，A1的6腳通過R6連接A2的3腳，A2的3腳通過C3連接地，A1輸出的信號(hào)通過積分電路產(chǎn)生直流電壓V2，進(jìn)入運(yùn)放A2的3腳；直流控制電壓V1通過電阻R8進(jìn)入運(yùn)放A2的反相輸入端，運(yùn)放A1的輸出端通過電阻R5輸出振蕩信號(hào)Fout，F(xiàn)out信號(hào)的頻率與直流控制電壓V1成正比關(guān)系。

技術(shù)研發(fā)人員：寧永香,崔建國(guó)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山西工程技術(shù)學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28