F／V转换器在船模试验水池拖车控制系统中的应用

F／V变换部分由集成电路LM331及相关元件构成。输入脉冲信号先经Ri，Ci组成的微分电路变成窄脉冲后输入第6脚输入比较器的反相输入端，因为当输入脉冲频率很低时，相应的输入脉冲低电平宽度太大，而LM331允许的输入负脉冲宽度必须小于单稳态触发器输出正脉冲的宽度Tw(Tw=1.1RtCt)。所以微分电路可以使LM331在低频率时也能正常工作。输入比较器的同相输入端经电阻R1，R2分14压而加有约7／8VCC的直流电压，反相输入端经电阻Ri加有VCC的直流电压。当输入脉冲的下降沿到来时，经微分电路Ri，Ci产生一负尖脉冲(要有足够的幅度)叠加到反相输入端的Vcc上，当6脚电压低于7脚电压时，输入比较器输出高电平使触发器置位，此时内部精密电流源IR对1脚电容CL充电，电容CL的充电时间由定时电路Rt，Ct决定，这里Rt，Ct分别取典型值6.81 kΩ和0.01 μF，充电时间T=1.1RtCt=7.5×10-5s，充电电流的大小由内部电流源IR决定，IR=1.9 V／Rs，因此调节可变电阻Rs可以调整1脚的电压输出值，当Rs不变时，输入脉冲的频率越高，电容CL上积累的电荷就越多，输出电压(电容CL两端的电压)就越高，实现了频率-电压的变换。输出电压Vo与fi的关系为：Vo=2.09 RLRtCtfi／Rs，电阻Rs，RL，Rt和电容Ct直接影响转换结果，因此对元件的精度有一定要求，为了提高精度和稳定性，阻容元件选用低温度系数的器件。而且微分电容Ci的选择不宜太小，要保证输入脉冲经微分后有足够的幅度来触发输入比较器，但电容Ci小些有利于提高转换电路的抗干扰能力。电阻RL和电容CL组成低通滤波器，CL一般为0.01～1μF之间较为合适，CL大些，输出电压Vo的纹波会小些，电容CL小些，当输入脉冲频率变化时，输出响应会快些。这些因素在实际运用时要综合考虑。

输出电平匹配部分的作用是将F／V变换所得电压幅度和阻抗能和后续的控制系统相匹配。LM331虽然具有很高的转换精度及温度稳定性，但是其输出的带载能力不强。实际上当LM331的1脚输出直接接负载(10 kΩ)时，1脚电压跌落了约50％，因此我们加了一级电压跟随器。电压跟随器具有输入阻抗高、输出阻抗低的特点。当输入阻抗很高时，就相当于对前级电路开路；当输出阻抗很低时，对后级电路就相当于一个恒压源，即输出电压不受后级电路阻抗影响。电压跟随器对前级电路相当于开路，输出电压又不受后级阻抗影响。因此电压跟随器不但具有提高带载能力的作用，而且还具备隔离作用，即使前、后级电路之间互不影响。由通用集成运方UA741接成电压跟随器如图2所示。

　　3结 语

该系统电路结构简单、体积小、成本低、线性好，参数稳定可靠，对转速变化适应范围宽，检测灵敏度调整简单方便。虽然由LM331构成的F／V变换器具有较大的滤波时间常数，但是在本系统中完全满足设计要求，现已成功应用于船模试验水池拖车控制系统。