電壓/頻率轉(zhuǎn)換器BG382的原理及應(yīng)用

1 概述

在利用單片機(jī)設(shè)計(jì)的自動(dòng)測(cè)量和控制系統(tǒng)中，經(jīng)常要將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)或?qū)㈩l率信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。這里要介紹的V/F和F/V轉(zhuǎn)換器件BG382就可實(shí)現(xiàn)電壓和頻率的相互轉(zhuǎn)換，而且具有較高的精度、線性和積分輸入特性，利用它可以抑制串?dāng)_干擾。如果將其輸出的信號(hào)調(diào)制成射頻信號(hào)或光脈沖，還可在不受電磁影響的情況下進(jìn)行無線或光纖等遠(yuǎn)距離通信傳輸。

2 BG382的封裝及引腳

圖1所示是BG382的外型封裝形式。其引腳及功能如表1所列。

表1 BG382的引腳功能

3 BG382的V/F和F/V轉(zhuǎn)換

3．1 V/F轉(zhuǎn)換電路

圖2所示是由BG382組成的簡(jiǎn)單V/F變換器，其輸入為10mV~10V，輸出為10Hz~10kHz，滿刻度線性精度的典型值為±0.5%。

影響上面電路線性精度的原因是恒流源1端的電壓會(huì)隨輸入端輸入電壓的變化而變化，從而使恒流源的性能變差，Io約為137μA。如果輸入電壓由10mV變?yōu)?0V，由此所引起的Io變化約為1μA，即對(duì)Io的影響為1/137。而Io的變化將影響輸出頻率的變化，從而使線性精度的曲線上端向上翹；另外，由于集成電路內(nèi)比較器的輸入端，即6、7腳存在失調(diào)現(xiàn)象，影響了線性精度的低端；同時(shí)由于比較器的增益較低，也影響了其靈敏度，增大了誤差。

以上電路僅適用于精度要求不高方面的應(yīng)用，圖3所示是由BG382組成的高精度V/F轉(zhuǎn)換電路，其精度可達(dá)±0.05%，該電路采用了由運(yùn)放BG305和積分電容C1組成的有源積分電路，這個(gè)積分電路將負(fù)載輸入電壓變?yōu)檎逼码妷海?dāng)積分器輸出達(dá)到BG382 內(nèi)部比較器的比較電平時(shí)，單穩(wěn)電路被觸發(fā)，恒流源的電流Io從1端流出，使積分器的輸出急劇下降，單穩(wěn)輸出結(jié)束時(shí)，斜坡輸出電壓上升，重復(fù)以上轉(zhuǎn)換周期。

由于信號(hào)從運(yùn)算放大器的反相端輸入，因此要求輸入信號(hào)為負(fù)值，如果信號(hào)從運(yùn)算放大器同相端輸入，則輸入信號(hào)應(yīng)為正。

    該電路線性精度高的原因在于：恒流源的1端接在運(yùn)算放大器的虛地端，使恒流源總是處在電位上，這樣恒流源電流Io的大小不再受輸入電壓變化的影響。可選擇低失調(diào)電壓、低失調(diào)電流的運(yùn)算放大器，如OP07，同時(shí)，也要求選擇穩(wěn)定性好、溫度系數(shù)低的電容。

    3．2 F/V轉(zhuǎn)換電路

圖4是由BG382組成的F/V轉(zhuǎn)換電路。其線性精度可達(dá)±1%，當(dāng)輸入頻率一方波時(shí)，其輸出經(jīng)過后面的運(yùn)算放大器構(gòu)成了一級(jí)低通濾波器。

為了獲得到較好的效果，電路中的阻容元件就采用低溫度系數(shù)的穩(wěn)定器件，如金屬膜電阻和絕緣介質(zhì)高的聚苯乙稀或丙稀電容。

4 典型應(yīng)用電路

圖5是由BG382構(gòu)成的V/F轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)8098的接口電路。圖中，通過光電耦合器件4N28的隔離措施，可以減少轉(zhuǎn)換通道及電源對(duì)單片機(jī)的干擾。CD4049用于削弱殘留電壓對(duì)8098單片機(jī)HIS口的影響。

圖5

    圖5電路由于利用了8098單片機(jī)的高速輸入HIS功能以及8098單片機(jī)簡(jiǎn)便的測(cè)頻和輸出頻率可編程技術(shù)，因此，該接口電路非常簡(jiǎn)單，且占用計(jì)算機(jī)資源少，同時(shí)還能以查詢和中斷兩種編程方式來工作。