LM2907频率/电压转换器原理及应用

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
1 引言 在测量转速(频率)时,目前多采用数字电路,但有些场合则需要转速(频率)的变化与模拟信号输出相对应,这样便可在自动控制系统实验中用频/压转换器件代替测速发电机,从而使实验设备简化。美国国家半导体公司推出的速度(频率)/电压转换芯片LM2907/LM2917只需接少量的外围元件即可构成模拟式转速表,可用于测量电机转速,实现汽车超速报警等。 2 LM2907芯片介绍 LM2907为集成式频率/电压转换器,芯片中包含了比较器、充电泵、高增益运算放大器,能将频率信号转换为直流电压信号。LM2917 与LM2907基本相同,区别是:LM2917内部有一只稳压管,用于提高电源的稳定性。 2.1 主要特点 LM2917进行频率倍增时只需使用一个RC网络;以地为参考点的转速计(频率)输入可直接从输入管脚接入;运算放大器/比较器采用浮动三极管输出;最大50mA的输出电流可驱动开关管、发光二极管等;内含的转速计使用充电泵技术,对低纹波有频率倍增功能;比较器的滞后电压为30mV利用这个特性可以抑制外界干扰;输出电压与输入频率成正比,线性度典型值为%26;#177;0.3%;具有保护电路,不会受高于Vcc值或低于地参考点输入信号的损伤;在零频率输入时,LM2907的输出电压可根据外围电路自行调节;当输入频率达到或超过某一给定值时,可将输出用于驱动继电器、指示灯等负载。 2.2 电性能参数 LM2907的主要电性能参数如表1所列: 表1 LM2907的主要电性能参数(Vcc=12VDC,TA=25) 参数 Min Typ Max Units 转速计 输入门限 %26;#177;10 %26;#177;25 %26;#177;40 mV 磁滞   30   mV 偏移电压 LM2907/LM2917 LM2907/LM2917-8   3.5 5 10 15 mV mV 输入基准电流   0.1 1 μA VOH   8.3   V VOL   2.3   V 输出电流 140 180 240 μA 漏电流     0.1 μA 增益参数 0.9 1.0 1.1   线性度 -1.0 0.3 +1.0 % OP/AMP比较器 VOS   3 10 mV IBIAS   50 500 nA 共模输入电压 0   Vcc-1.5V V 电压增益   200   V/mV 输出灌电流 40 50   mA 输出源电流   10   mA 饱和电压   0.1 0.5 V     1.0 V   1.0 1.5 V 2.3 引脚排列及内部结构 LM2907/LM2917有DIP8 和DIP14两种封装形式。LM2907的DIP14的内部结构如图1所示,DIP 8的内部结构及各引脚功能可参考图2。各引脚功能如下: ●1脚(F)和11脚(IN-)为运算放大器/比较器的输入端; ●2脚接充电泵的定时电容(C1); ●3脚接充电泵的输出电阻和积分电容(R1/C2); ●4脚(IN+)和10脚(UF1)为运算放大器的输入端; ●5脚为输出晶体管的发射极(U0); ●8脚为输出晶体管的集电极,一般接电源(UC); ●9脚为正电源端(VCC); ●12脚为接地端(GND); ●6,7,13,14脚未用。 图2 2.4 工作原理 当充电泵把从输入级输入来的频率转换成为直流电压时,需外接定时电容C1、输出电阻R1以及积分电容或滤波电容C2,当第一级输出的状态发生改变时(这种情况可能发生在输入端上有合适的过零电压或差分输入电压时),定时电容在电压差为Vcc/2的两电压值之间被线性地充电或放电,在输入频率信号的半周期中,定时电容上的电荷变化量为C1Vcc /2,泵入电容中的平均电流或流出电容中的平均电流为: △Q/T=ic(AVG)=fIN C1 VCC 输出电路把这一电流准确地送到负载电阻(输出电阻)R1中,R1电阻的另一端接地,这样滤波后的电流被滤波电容积分后得到输出电压: Vo=Vcc fIN C1R1 K 其中K为增益常数,典型值为1。电容C2的值取决于纹波电压的大小和实际应用中所需要的响应时间。 3 应用电路 LM2907的典型应用电路如图2所示,在应用中需注意电阻R1和电容C1的选取。定时电容C1可为充电泵提供内部补偿,为了获得准确的转换结果,其值应大于500pF,太小的电容值会在R1上产生误差电流,特别在低温应用时更是如此。LM2907引脚3的输出电流是内部固定的,因此Vo/R1值必须小于或等于此固定值。如果R1太大,将会影响引脚3的输出阻抗,频率/电压转换的线性度也会变差。此外,还要考虑输出纹波电压以及R1对R2值的影响,引脚3的纹波(VRIPPLE)可用下式计算: VRIPPLE=(Vcc/2)(C1/C2)[1-(Vcc fIN C1/I2)] R1的选择与纹波无关,但响应时间,即输出Vout稳定在一个新值上需要的时间会随着纹波值的增加而增加,因此必须在纹波、响应时间和线性度之间仔细地进行权衡。另外,器件所允许的输入信号的最大频率由Vcc、C1和I2决定。 DIP14封装LM2907芯片的电路连接可参照图3,只需将管脚3、4,管脚11、12连接在一起即可。图中C1=1000pF,R1=100kΩ,C2=0.47μF。用示波器观察波形,可以发现电路输出的线性度、灵敏度、准确度都比较好。实际应用中的输入频率信号可以是三角波、方波、正弦波信号。在保证零穿越的情况下都能比较理想的实现频率/电压转换,输入信号的幅值最好在1V以上但不要超过电源电压。参考电压可以很好地调整输出的最小电压和带负载能力。
编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/power/200703/11696.html
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