LM331的工作原理
上图是由 LM331 组成的电压—频率变换电路。外接电阻 Rt 、Ct和定时比较器、复零晶体管、R-S触发器等构成单稳定时电路。当输入端 Vi+输入一正电压时,输入比较器输出高电平,使R-S触发器置位,Q输出高电平,输出驱动管导通,输出端fo为逻辑低电平,同时,电流开关打向右边,电流源 IR 对电容CL 充电。此时由于复零晶体管截止,电源 Vcc 也通过电阻 Rt 对电容 Ct 充电。当电容 Ct 两端充电电压大于 Vcc 的2/3 时,定时比较器输出一高电平, 使 R-S 触发器复位,Q 输出低电平,输出驱动管截止,输出端 fo 为逻辑高电平,同时,复零晶体管导通,电容 Ct 通过复零晶体管迅速放电;电流开关打向左边,电容 CL 对电阻 RL放电。当电容 CL 放电电压等于输入电压 Vi 时,输入比较器再次输出高电平,使 R-S触发器置位,如此反复循环,构成自激振荡。 右图画出了电容 Ct、 CL 充放电和输出脉冲 f0 的波形。设电容 CL 的充电时间为 t1,放电时间为 t2,则根据电容 CL 上电荷平衡的原理,我们有:
(IR-VL/RL)t1=t2VL/RL 右图为电容充放电输出波形图：
从上式可得:
f0=1/(t1+t2)=VL/(RLIRt1)
实际上,该电路的VL 在很少的范围内(大约10mV)波动,因此, 可认为VL=Vi,故上式可以表
示为:
f0==Vi/(RLIRt1)
可见,输出脉冲频率 f0 与输入电压 Vi成正比,从而实现了电压-频率变换。式中 IR 由内部
基准电压源供给的 1.90V 参考电压和外接电阻 Rs 决定,IR=1.90/Rs,改变 Rs 的值,可调节
电路的转换增益,t1 由定时元件 Rt 和 Ct 决定,其关系是：t1=1.1RtCt, 典型值
Rt=6.8kΩ,Ct=0.01µF,t1 =7.5µs。由 f0=Vi/(RLIRt)可知,电阻 Rs、RL、Rt 和电容 Ct 直
接影响转换结果 f0,因此对元件的精度要有一定的要求,可根据转换精度适当选择。电容
CL 对转换结果虽然没有直接的影响。但应选择漏电流小的电容器。电阻 R1 和电容 C1 组
成低通滤波器, 可减少输入电压中的干扰脉冲, 有利于提高转换精度。
