《電子技術應用》
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有良好線性和動態范圍的廉價VFC
摘要: 已故模擬專家BobPease和JimWilliams都喜歡用VFC(電壓-頻率轉換器)電路(參考文獻1~5)。本設計是獻給他們的一種低價而高性能的電路。從一家本地電子商店,只要花幾美元就能買所有元件。
Abstract:
Key words :

已故模擬專家Bob Pease和JimWilliams都喜歡用VFC(電壓-頻率轉換器)電路(參考文獻1~5)。本設計是獻給他們的一種低價而高性能的電路。從一家本地電子商店,只要花幾美元就能買所有元件。

電路有高的輸入阻抗,采用單電源工作,與微控制器直連。對于高達700kHz的頻率,其線性誤差小于0.1%,動態范圍為60dB。電路采用了積分器、比較器和單穩架構(圖1)。輸出頻率與輸入電壓成正比:f=(1/VCCtOS)VIN,其中,VCC是5V電源,tOS是單穩產生的脈沖周期,按照下式: tOS=0.7×ROS×COS。電源VCC必須經過濾和穩壓。如果電源波幅有變化,則校正曲線的斜率也會改變。

由于式中不含積分器中使用的CINT和RINT,因此對它們沒有精確性或穩定性的要求。不過,電容CINT和COS必須有低的介質吸收率。

圖1,三只廉價IC和少量無源元件,制成了一個有良好線性度、速度和動態范圍的VFC

圖1,三只廉價IC和少量無源元件,制成了一個有良好線性度、速度和動態范圍的VFC

開關S1和R1、C1與R2組成的定時網絡構成了一個起動電路。這一步確保了電路能在任何輸入電壓下起振。接通電源以后,開關保持閉合約1s,使CINT完全充電。當開關打開時,CINT開始以一個固定電流充電,這個電流由輸入電壓幅度所確定。結果是,在積分器的輸出端有一個上升的斜坡。當斜坡達到2.5V時,IC2產生一個脈沖,因為2.5V是IC2的1B輸入端施密特觸發器的閾值電平。由于脈沖幅度大于輸入電壓,因此通過CINT的電流反向,CINT部分充電(圖2)。

圖2,由于脈沖幅度大于輸入電壓,通過CINT的電流反向,CINT部分充電

圖2,由于脈沖幅度大于輸入電壓,通過CINT的電流反向,CINT部分充電

當脈沖結束時,積分器開始另一次爬升的斜坡,重復這個循環。因為內置了施密特觸發器,電路不需要單獨的比較器IC。大多數應用無需任何調整就可使用。只需要用電位器調整滿量程頻率,電位是圖1中ROS的一部分。

不同頻率區間下的性能
不同頻率區間下的性能

可以選擇不同的頻率覆蓋區間(表1),每個區間都有自己的CINT和ROS值。這些區間的線性度各不相同。表中將線性誤差顯示為在2mV~2V范圍內,對于輸入值的11個等間距值,滿量程頻率的百分比。

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