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        LM2907頻率/電壓轉換器原理及應用

        作者: 時間:2005-10-07 來源:網絡 收藏

        1 引言

        在測量轉速()時,目前多采用數字電路,但有些場合則需要轉速()的變化與模擬信號輸出相對應,這樣便可在自動控制系統實驗中用頻/壓件代替測速發電機,從而使實驗設備簡化。美國國家半導體公司推出的速度()/轉換芯片LM2907/LM2917只需接少量的外圍元件即可構成模擬式轉速表,可用于測量電機轉速,實現汽車超速報警等。

        2 LM2907芯片介紹

        LM2907為集成式頻率/,芯片中包含了比較器、充電泵、高增益運算放大器,能將頻率信號轉換為直流信號。LM2917 與LM2907基本相同,區別是:LM2917內部有一只穩壓管,用于提高電源的穩定性。

        2.1 主要特點

        LM2917進行頻率倍增時只需使用一個RC網絡;以地為參考點的轉速計(頻率)輸入可直接從輸入管腳接入;運算放大器/比較器采用浮動三極管輸出;最大50mA的輸出電流可驅動開關管、發光二極管等;內含的轉速計使用充電泵技術,對低紋波有頻率倍增功能;比較器的滯后電壓為30mV?利用這個特性可以抑制外界干擾;輸出電壓與輸入頻率成正比,線性度典型值為0.3%;具有保護電路,不會受高于Vcc值或低于地參考點輸入信號的損傷;在零頻率輸入時,LM2907的輸出電壓可根據外圍電路自行調節;當輸入頻率達到或超過某一給定值時,可將輸出用于驅動繼電器、指示燈等負載。

        2.2 電性能參數

        LM2907的主要電性能參數如表1所列:

        表1 的主要電性能參數(Vcc=12VDC,TA=25)

        參數 Min Typ Max Units

        轉速計

        輸入門限 10 25 40 mV
        磁滯  30  mV
        偏移電壓
        /LM2917
        /LM2917-8
         
        3.5
        5

        10
        15

        mV
        mV
        輸入基準電流  0.1 1 μA
        VOH  8.3  V
        VOL  2.3  V
        輸出電流 140 180 240 μA
        漏電流   0.1 μA
        增益參數 0.9 1.0 1.1  
        線性度 -1.0 0.3 +1.0 %

        OP/AMP比較器

        VOS  3 10 mV
        IBIAS  50 500 nA
        共模輸入電壓 0  Vcc-1.5V V
        電壓增益  200  V/mV
        輸出灌電流 40 50  mA
        輸出源電流  10  mA
        飽和電壓  0.1 0.5 V
          1.0 V
         1.0 1.5 V

        2.3 引腳排列及內部結構

        LM2907/LM2917有DIP8 和DIP14兩種封裝形式。LM2907的DIP14的內部結構如圖1所示,DIP 8的內部結構及各引腳功能可參考圖2。各引腳功能如下:

        ●1腳(F)和11腳(IN-)為運算放大器/比較器的輸入端;

        ●2腳接充電泵的定時電容(C1);

        ●3腳接充電泵的輸出電阻和積分電容(R1/C2);

        ●4腳(IN+)和10腳(UF1)為運算放大器的輸入端;

        ●5腳為輸出晶體管的發射極(U0);

        ●8腳為輸出晶體管的集電極,一般接電源(UC);

        ●9腳為正電源端(VCC);

        ●12腳為接地端(GND);

        ●6,7,13,14腳未用。

        圖2

        2.4 工作

        當充電泵把從輸入級輸入來的頻率轉換成為直流電壓時,需外接定時電容C1、輸出電阻R1以及積分電容或濾波電容C2,當第一級輸出的狀態發生改變時(這種情況可能發生在輸入端上有合適的過零電壓或差分輸入電壓時),定時電容在電壓差為Vcc/2的兩電壓值之間被線性地充電或放電,在輸入頻率信號的半周期中,定時電容上的電荷變化量為C1Vcc /2,泵入電容中的平均電流或流出電容中的平均電流為:

        △Q/T=ic(AVG)=fIN C1 VCC

        輸出電路把這一電流準確地送到負載電阻(輸出電阻)R1中,R1電阻的另一端接地,這樣濾波后的電流被濾波電容積分后得到輸出電壓:

        Vo=Vcc fIN C1R1 K

        其中K為增益常數,典型值為1。電容C2的值取決于紋波電壓的大小和實際中所需要的響應時間。

        3 電路

        LM2907的典型電路如圖2所示,在應用中需注意電阻R1和電容C1的選取。定時電容C1可為充電泵提供內部補償,為了獲得準確的轉換結果,其值應大于500pF,太小的電容值會在R1上產生誤差電流,特別在低溫應用時更是如此。LM2907引腳3的輸出電流是內部固定的,因此Vo/R1值必須小于或等于此固定值。如果R1太大,將會影響引腳3的輸出阻抗,頻率/電壓轉換的線性度也會變差。此外,還要考慮輸出紋波電壓以及R1對R2值的影響,引腳3的紋波(VRIPPLE)可用下式計算:

        VRIPPLE=(Vcc/2)(C1/C2)[1-(Vcc fIN C1/I2)]

        R1的選擇與紋波無關,但響應時間,即輸出Vout穩定在一個新值上需要的時間會隨著紋波值的增加而增加,因此必須在紋波、響應時間和線性度之間仔細地進行權衡。另外,器件所允許的輸入信號的最大頻率由Vcc、C1和I2決定。

        DIP14封裝LM2907芯片的電路連接可參照圖3,只需將管腳3、4,管腳11、12連接在一起即可。圖中?C1=1000pF,R1=100kΩ,C2=0.47μF。用示波器觀察波形,可以發現電路輸出的線性度、靈敏度、準確度都比較好。實際應用中的輸入頻率信號可以是三角波、方波、正弦波信號。在保證零穿越的情況下都能比較理想的實現頻率/電壓轉換,輸入信號的幅值最好在1V以上?但不要超過電源電壓。參考電壓可以很好地調整輸出的最小電壓和帶負載能力。



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