什么是電壓頻率轉(zhuǎn)換器？

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，輸出信號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?，最后輸出頻率與輸入電壓成正比的矩形波信號。

電壓頻率轉(zhuǎn)換器廣泛應(yīng)用于測量、控制、自動化等領(lǐng)域，可以將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，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，便于計數(shù)、測量和控制。此外，在電力系統(tǒng)中，電壓頻率轉(zhuǎn)換器也可以用于監(jiān)測和控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)。

總之，電壓頻率轉(zhuǎn)換器是一種實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的器件，通過將輸入的模擬電壓量轉(zhuǎn)換為脈沖信號，便于后續(xù)處理和應(yīng)用。其工作原理是將輸入的模擬電壓信號經(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，通過分頻器和整形電路得到與輸入電壓成正比的矩形波信號。在測量、控制、自動化等領(lǐng)域中，電壓頻率轉(zhuǎn)換器具有廣泛的應(yīng)用前景。

接下來小編給大家分享一些電壓頻率轉(zhuǎn)換器電路圖，以及簡單分析它們的工作原理。

電壓頻率轉(zhuǎn)換器電路圖分享

1、使用555定時器的電壓頻率轉(zhuǎn)換器電路圖

眾所周知，電壓頻率轉(zhuǎn)換器或 VFC 是一種將直流輸入電壓轉(zhuǎn)換為特定頻率方波脈沖信號的電子電路。使用555 的電壓頻率轉(zhuǎn)換器定時器將電壓變化轉(zhuǎn)換為頻率變化。頻率振蕩可以通過改變定時元件來調(diào)節(jié)。此類電路廣泛應(yīng)用于各種應(yīng)用，特別是模數(shù)轉(zhuǎn)換器和頻率調(diào)制。 VFC 背后的基本思想是生成與輸入電壓成線性比例的頻率。該電路采用 0V 至 10V DC 作為輸入電壓。該電路包含運(yùn)算放大器級和定時器 555 振蕩器級。輸出頻率通常以赫茲 (Hz) 到千赫茲 (KHz) 為單位，直接對應(yīng)于輸入電壓。

IC TL071 是一款 JFET 輸入運(yùn)算放大器，具有低失調(diào)（典型值為 1 mV）、高轉(zhuǎn)換速率（20 V/μs）和正電源共模輸入等特性。高 ESD（1.5 kV，HBM）、集成 EMI 和 RF 濾波器，并可在 –40°C 至 125°C 的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。 TL071 可以在 4.5V 至 30V 直流電源輸入下運(yùn)行。

該 V 至 F 轉(zhuǎn)換器電路使用運(yùn)算放大器 TL071 作為定時器 IC 的輸入觸發(fā)放大器，并使用 IC 555 作為非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。該電路采用 0 至 10 伏直流電作為輸入信號，并給出頻率范圍為 0 至 1000 Hz 的輸出方脈沖。 C1 電容器充當(dāng)運(yùn)算放大器的反饋，流經(jīng)該元件的電流可按下式計算。

當(dāng)C1上的電壓電平達(dá)到定時器IC 555的2/3時，555的內(nèi)部放電晶體管打開，因此C1上的電壓達(dá)到VCC電壓的1/3，這是定時器IC 555的較低比較器閾值。在此電平下，放電晶體管關(guān)閉，然后 C1 再次開始充電。當(dāng) C1 電容器充電時，定時器 IC 555 輸出為高電平；當(dāng) C1 電容器放電時，定時器 IC 555 輸出為低電平。通過這個操作，我們可以很容易地計算出輸出頻率：

這里RV1可用于改變輸出頻率和輸入電壓。輸出頻率的容差小于 2%。

2、使用LM231/331芯片的電壓頻率轉(zhuǎn)換器電路圖

使用LM231/331芯片，我們可以構(gòu)建低成本的電壓頻率轉(zhuǎn)換器，非常適合模數(shù)轉(zhuǎn)換、頻率電壓轉(zhuǎn)換、長期集成、線性調(diào)頻解調(diào)等多種應(yīng)用。功能。當(dāng)它用作電壓頻率轉(zhuǎn)換器時，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，讓我們設(shè)計簡單且低成本的解決方案，但具有高性能，就像我們在昂貴的電壓到頻率模塊中找到的那樣。其他應(yīng)用可以是微處理器/微控制器系統(tǒng)的低成本模數(shù)轉(zhuǎn)換，就像在預(yù)定時間段內(nèi)計算其輸出脈沖一樣簡單，可以使用許多微控制器系列輕松完成。

下圖所示的簡單獨(dú)立電壓頻率轉(zhuǎn)換器顯示了基本電路，只需很少的元件即可提高其性能。

在輸入路徑中，添加了一個電阻器 RIN=100k（10% 容差），導(dǎo)致引腳 7 處的偏置電流（典型值 -80nA）將抵消引腳 6 處的偏置電流效應(yīng)，以幫助提供最小頻率偏移。引腳 2 處的電阻 RS 可以使用 12k 固定電阻加 5k 可變電阻（微調(diào)電位器）來實(shí)現(xiàn)，提供調(diào)整以微調(diào) LM231/331、Rt、RL 和 Ct 的增益容差。

為了獲得最佳效果，建議使用低溫漂移電阻，例如金屬膜電阻。具有低介電吸收的電容器是最好的，并且根據(jù)所需的溫度特性，NPO陶瓷、聚苯乙烯、聚四氟乙烯或聚丙烯將是合適的。

當(dāng)引腳 6 和引腳 7 處的 RC 時間常數(shù)匹配時，VIN 處的電壓階躍將導(dǎo)致 fOUT 階躍變化。如果 CIN 遠(yuǎn)小于 CL，VIN 處的階躍可能會導(dǎo)致 fOUT 暫時停止。為了幫助輸入比較器提供出色的線性度，應(yīng)提供遲滯，這由與 1 μF CL 串聯(lián)的組件 A47R 電阻器完成。

使用如圖所示的元件值，該電壓頻率轉(zhuǎn)換器電路可針對 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%。

3、簡單的電壓頻率轉(zhuǎn)換器電路圖

使用該電路，我們可以接受正、負(fù)或差分控制電壓。當(dāng)控制電壓為零時，輸出頻率為零。為了對定時電容C1進(jìn)行線性充電，741運(yùn)放形成一個由電壓EC控制的電流源。由于 NE555 連接在非穩(wěn)態(tài)模式，因此電容器在 1/3 Vcc 和 2/3 Vcc 之間充電和放電。

10K電位器調(diào)節(jié)偏置，使輸入為零時頻率為零。對于所示的元件值 f≈4.2 Ec kHz，如果將兩個直流電壓施加到 R1 和 R4 的兩端，則輸出頻率將與兩個電壓之間的差值成正比。

4、采用555 IC的電壓頻率轉(zhuǎn)換器電路圖

電壓頻率轉(zhuǎn)換器（VFC）電路如下圖所示。該電路采用555 IC作為其功能核心。

該電路使用+5V和-5V電源電壓，輸入限制為0-2V?？梢酝ㄟ^將輸入接地來調(diào)整零點(diǎn)，調(diào)整4k7電位器以獲得最低頻率振蕩。