基于LM331的频率电压转换电路

常用的模拟信号的传输方式有电压传输、电流传输和频率传输，其中电压传输的方式最为简单方便，成本最低，但是电压信号在传输的过程中最容易受到干扰，并且传输过程会有损耗，因此不适合远距离传输。将电压转换为电流或者频率后，可以进行远距离传输，且抗干扰能力强，其中电流传输的抗干扰能力最好，传输距离最远，但是成本较高，而频率在距离超过100m时波形会失真，抗干扰能力介于电压和电流之间。

本文主要介绍基于LM331的频率-电压转换电路，关于LM331的简介和电压-频率转换电路可以参考《基于LM331的电压频率转换电路》。

1.LM331用于F/V转换的工作原理

如图1所示，为LM331用于F/V转换时的原理方框图。脉冲信号经过C1和R3组成的微分电路输入到比较器的反相输入端（引脚6），比较器的同相输入端（引脚7）经过R1和R2分压后接到电源VCC，RL和CL组成的RC网络与引脚1相连，引脚2的RS用来调整电流大小，Rt和Ct组成的积分电路连接定时比较器的同相输入端。

当脉冲信号的下降沿到来时，引脚6处会出现负向的尖端脉冲，当引脚6的电压低于引脚7，输入比较器输出高电平，R-S触发器置位，Q端输出高电平，电流开关接通引脚1，镜像电流源给电容CL充电，引脚1输出高电平。此时，由于复位晶体管截止，电源VCC通过电阻Rt给电容Ct充电，当Ct两端电压大于2/3VCC时，定时比较器输出高电平，R-S触发器复位（此时引脚6的电压已经高于引脚7），Q端输出低电平，电流开关断开与1脚的连接，此时CL通过RL对外放电，维持引脚1的电压。同时，复位晶体管导通，Ct对外放电。当下一个脉冲信号的下降沿到来时，重复以上过程，从而实现频率与电压的转换。

引脚1的电压为Vo=I×RL，其中I为流过引脚1的平均电流，大小为I=i×(1.1RtCt)×fIN。其中i=1.90V/RS。由以上可得：

图1 LM331用于F/V转换的原理框图

2.LM331用于F/V转换的电路

LM331用于F/V转换的电路如图2所示，其中C1不能选择的过小，否则脉冲信号下降沿到来时，引脚6无法提供足够幅值的尖端脉冲，从而无法触发输入比较器，但是C1过大又会降低电路的抗干扰能力。RL和CL组成的低通滤波器可以使输出电压纹波小于10mV，增大CL的值有助于降低纹波，但是会使降低电路响应速度，所以应该综合考虑各个参数的取值。引脚2可以串联一个固定电阻和一个可变电阻，调整由RL、Rt和Ct引起的误差。

图2 LM331的F/V转换电路

欢迎关注我的公众号，和小杨同学一起每周进步一点点：