LM331及其应用

LM331及其应用

张苑农

(十堰职业技术学院　电子工程系,湖北十堰　442000)

[摘　要]　简要介绍了LM331及其V/F(F/V)基本转换电路的连接方法;并通过检测与转换中的三种应用实

例来分析与说明LM331的应用价值。

[关键词]　D/A转换;非电量电测;LM331;V/F转换器

[中图分类号]　TP212.9　[文献标识码]　A　[文章编号]　100824738(2004)0220076202

Ξ

　　DAC和ADC在数字化仪表、现代测控技术以及微机应用等方面有着十分重要的地位和广泛的用途。本文不对传统的A/D转换器(如:ADC0809、ICL7106等)和D/A转换器(如:DAC0832、AD7520等)作讨论,而是对现代测试技术中运用越来越多的V/F转换器LM331作较详细分析。

V/F转换器是把输入的电压转换为脉冲输出的一种电路。输出脉冲的频率能与输入的电压成线性关系,并可通过测量其输出端的脉冲频率来间接测量输入的电压值。它实际上也是一种A/D转换器。

入端,该端电压与7脚的输入电压UIN比较,并根据比较结果启动内部的单稳态定时电路。

7脚:UIN,被测电压输入端。

8脚:UCC,电源正端(+5V～+15V)。

2　LM331基本应用

图2是LM331作为基本V/F转换器的连接方法:

1　V/F转换器LM331

LM331为单片V/F转换器,电源电压范围较宽(4V～

20V);输出为集电极开路形式,温度稳定性好;功耗低(5V电源供电时,功耗为15mW);体积小(标准8脚DIP塑封)。

其引脚排列如图1所示:

图2　V/F基本电路

　　被测电压由UIN端输入,经V/F转换后从fout端输出。

输入端的R1和C1构成滤波环节;如果输入电压UIN波动较大,可适当增大C1容量。当6、7脚的RC时间常数匹配时,

图1　LM331引脚排列图

1脚:IO,电流输出端。它是内部一个精密电流源的输出

[2](P238)输入电压呈阶跃变化,输出频率也随之阶跃变化。该电路输出的频率为:

(2-1)fout=RSUIN/(2.09RLRtCt)

端,该脚流出的电流为基本电路中的CL充电。

2脚:IS,参考电流。该引脚由内部的一个电流泵提供50μA～500μA的电流,该端外接一个电阻RS到地,实际应

Ω～150kΩ可调。用时取4k

3脚:fout,脉冲频率输出端。输入电压经过V/F转换后的矩形波由此输出,其内部是一个晶体管的集电极,且为集电极开路输出,因此外部必须接有上拉电阻到正电源。

4脚:GND,接地端。

5脚:R/C,外接定时电阻Rt和定时电容Ct,它们是内部单稳态定时电路的定时元件。

6脚:UT,阈值电压。该端是内部一个比较器的反相输

LM331不仅可以用作V/F转换器,实际上它也可以用

作F/V转换器。如图3所示即为LM331用作F/V转换器时的基本连接方法。

Ξ　[收稿日期]　2004203202

图3　F/V基本电路

　[作者简介]　张苑农(1968-),男,十堰职业技术学院电子工程系讲师。

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LM331及其应用

　　该电路的输出电压为:

Uout=2.09RLRtCtfin/Rs

　　式中K为常数。上式表明:被测转速n与电压Uout成

[1](P100)

线性关系。如果要提高测量精度,可在转动轮上再多开一些窗孔。3.3　远距离数据采集与传送中的应用

图6为一个有线水位遥测电路原理图:

(2-2)

3　LM331在非电量电测中的应用实例

3.1　在温度测量中的应用

图4为一个温度的检测与转换电路:

LM35型集成温度传感器的输出电压U0送入LM331V/F转换器中,由前面的分析可知:

(3-1)f=U0RS/(2.09RLRtCt)

而温度传感器的U0与被测温度t的线性关系为:

图6　水位测量电路　　投入式液位传感器把水位转换成4mA～20mA的电

流,送入地面的变送器变换为0V～10V的电压信号。此电压送入V/F转换器中转换成0kHz～10kHz的脉冲频率。脉冲信号经外接驱动三极管T,由其集电极以电流环方式经长线a、b传输到远处。

在接收主机中,采用光耦合器接收脉冲信号。当V/F输出为低电平时,三极管T饱和,电流从电源流出,经T、R2、R3及光耦的一次侧(发光二极管)从长线b流回地。此时光耦的二次侧(光敏三极管)饱和,其集电极为低电平,经非门输出为高电平。反之,当V/F输出为高电平时,三极管截止,无电流流过光耦,使非门输出为低电平。因此非门输出的脉冲频率即为V/F转换器的频率,达到了远距离传送

[2](P241)

数据的目的。

图4　测温转换电路

(3-2)　　U0=Kt+△U0

将式(3-2)代入(3-1),得到如下关系式:

(3-3)f=K1t+K2

从上式可以看出:被测温度t与频率f成线性关系,实现了T/F的转换。3.2　在转速测量中的应用转速的测量方法有很多。下面以光电式转速测量方法来讨论LM331的应用。图5为测量电路原理图:

4　结束语

通过以上分析可以看出,某一种非电量(如:压力、位移、温度、湿度、气体浓度等等),只要能够转换为电压信号,我们即可以利用LM331实现V/F的转换,很方便地完成A/D的转换!

正因为如此,在现代测试技术中,我们必须充分了解和正确使用LM331,从而有效地实现非电量的自动检测与转换。

图5　转速测量电路

　　在转动轮上,我们开有20个小孔,转动轮每转动一圈,

转速传感器输出脉冲信号的频率为:

(3-4)f=20n上式中:n为转速,单位为r/s;

此频率加到LM331F/V输入端,输出电压为:Uout=2.09RLRtCt×f/RS=Kn

[参考文献]

[1]卢文科.电子检测技术[M].北京:国防工业出版社,2002.

[2]何书森.实用数字电路原理与设计[M].福州:福建科学

(3-5)

技术出版社,2002.

LM331anditsapplication

ZHANGYuan2nong

(Dept.ofElectronicsEng.,ShiyanTechnicalInstitute,Shiyan442000,China)

　Abstract:TheconnectingmethodofLM331anditsbasicconversionofV/F(F/V)areintroducedinbrief,andtheapplicableval2

ueofLM331isanalyzedandexplainedbythreeapplicationexamplesofmeasureandconversion.　Keywords:D/Aconversion;non2electricalmeasurement;LM331;V/Fconverter

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