LM2917電壓轉(zhuǎn)換器的原理及性能參數(shù)

1. 概述? ?

LM2917為單片集成頻率－電壓轉(zhuǎn)換器，芯片中包含了一個(gè)高增益的運(yùn)算放大器/比較器，當(dāng)輸入頻率達(dá)到或超過某一給定值時(shí)，輸出可用于驅(qū)動(dòng)開關(guān)、指示燈或其它負(fù)載。內(nèi)含的轉(zhuǎn)速計(jì)使用充電泵技術(shù)，對低紋波具有頻率倍增功能。另外LM2917還帶有完全的輸入保護(hù)電路。在零頻率輸入時(shí)，LM2917的輸出邏輯擺幅為零。

1.1 主要特點(diǎn)??

LM2917具有以下特點(diǎn)：??

進(jìn)行頻率倍增時(shí)只需使用一個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)；? ?
芯片上具有齊納二極管調(diào)整電路，能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的頻率－電壓(電流)轉(zhuǎn)換；? ?
以地為參考的轉(zhuǎn)速計(jì)輸入可直接與可變磁阻拾音器接口；? ?
運(yùn)算放大器/比較器采用浮動(dòng)晶體管輸出；? ?
50mA輸出陷流或驅(qū)動(dòng)能力，可驅(qū)動(dòng)開關(guān)、螺線管、測量計(jì)、發(fā)光二極管等；? ?
對低紋波有頻率倍增功能；? ?
轉(zhuǎn)速計(jì)具有滯后、差分輸入或以地為參考的單端輸入；? ?
線性度典型值為±0.3％；? ?

以地為參考的轉(zhuǎn)速計(jì)具有完全的保護(hù)電路，不會(huì)受高于VCC值或低于地參考輸入的損傷。??

1.2 應(yīng)用領(lǐng)域

LM2917可應(yīng)用于以下領(lǐng)域：

• 超速/低速檢測；
• 頻率電壓轉(zhuǎn)換(轉(zhuǎn)速計(jì))；
• 測速表；
• 手持式轉(zhuǎn)速計(jì)；
• 速度監(jiān)測器；
• 巡回控制；
• 車門鎖定控制；
• 離合控制；
• 喇叭控制；
• 觸摸或聲音開關(guān)。

1.3 電性能參數(shù)

LM2917的主要電性能參數(shù)如表1所列。

2. 工作原理



圖1所示為LM2917的原理框圖，各引腳功能如下：

• 1腳和11腳為運(yùn)算放大器/比較器的輸入端；
• 2腳接充電泵的定時(shí)電容；
• 3腳連接充電泵的輸出電阻和積分電容；
• 4腳和10腳為運(yùn)算放大器的輸入端；
• 5腳為輸出，取自輸出晶體管的發(fā)射極；
• 6，7，13，14腳未用； 8腳為輸出晶體管的集電極，一般接電源；
• 9腳為正電源端；
• 12腳為負(fù)電源端，一般接地。

運(yùn)算放大器/比較器完全與轉(zhuǎn)速計(jì)兼容，以一個(gè)浮動(dòng)的晶體管作為輸出端，具有強(qiáng)的輸出驅(qū)動(dòng)能力，能夠以50mA電流驅(qū)動(dòng)以地為參考或以電源為參考的負(fù)載。輸出晶體管的集電極電位可高于VCC，允許的最大電壓VCE為28V。

電路中使用差分輸入端，用戶自己能夠設(shè)定輸入轉(zhuǎn)換電平，而且滯后也在設(shè)定的電平左右，因而能夠獲得良好的噪聲抑制。當(dāng)然為了使輸入在高于地電壓時(shí)具有共模電壓，沒有使用輸入保護(hù)電路，但輸入端電壓電平不能超出電源電壓范圍。特別值得注意的是，在輸入端未接串聯(lián)保護(hù)電阻的情況下，輸入端的電平不能低于地電平。



在充電泵把從輸入級來的頻率轉(zhuǎn)換為直流電壓時(shí)，此變換需外接定時(shí)電容C1和輸出電阻R1以及積分電容或?yàn)V波電容C2，當(dāng)輸入級的輸出改變狀態(tài)時(shí)(這種情況可能發(fā)生在由于輸入端上有合適的過零電壓或差分輸入電壓時(shí))，定時(shí)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(shí)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)=fINC1VCC

輸出電路把這一電流準(zhǔn)確地送到負(fù)載電阻(輸出電阻)R1中，R1電阻的另一端接地，這樣脈沖式的電流被濾波電容積分，得到輸出電壓：

VO=VCCfINC1R1K

其中K為增益常數(shù)。

而電容C2的值取決于紋波電壓的大小和實(shí)際應(yīng)用中需要的響應(yīng)時(shí)間。

3. 典型應(yīng)用電路

在應(yīng)用中一個(gè)值得注意的問題是如何選擇電阻R1和電容C1。


為了獲得最佳性能，必須仔細(xì)選擇合適的電阻R1和電容C1。定時(shí)電容還為充電泵提供內(nèi)部補(bǔ)償，為了使器件取得準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)換結(jié)果，其值應(yīng)大于500pF，太小的電容值會(huì)在R1上產(chǎn)生誤差電流，特別是在低溫應(yīng)用時(shí)更是如此。器件的引腳3的輸出電流是內(nèi)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，它將會(huì)影響引腳3的輸出阻抗，器件進(jìn)行頻率－電壓轉(zhuǎn)換的線性度將會(huì)變差.此外還要考慮輸出紋波電壓,以及R1對C2值的影響。引腳3的紋波VRIPPLE可用下式計(jì)算：

VRIPPLE=VCCC1[1－(VCCfINC1/I2)]/2C2

R1的選擇與紋波無關(guān)。但是響應(yīng)時(shí)間，即輸出VOUT穩(wěn)定在一個(gè)新值上需要的時(shí)間會(huì)隨著C2值的增加而增加，因此必須在紋波、響應(yīng)時(shí)間和線性度之間仔細(xì)地進(jìn)行折衷選擇。器件所允許的輸入信號的最大頻率由VCC、C1和I2決定。

LM2917很適合那些要求輸出電壓或電流與電源電壓變化無關(guān)的應(yīng)用，因?yàn)樗鼉?nèi)部使用齊納二極管調(diào)整的輸出端。但需在電源端串接一電阻，電阻值必須合理選取，芯片內(nèi)的轉(zhuǎn)速計(jì)電流和運(yùn)算放大電路的工作電流至少需要3mA。在低電壓應(yīng)用中，必須保證電阻中的電流大于3mA，以使得齊納二極管電壓調(diào)整能夠正常。例如，當(dāng)電源電壓從9V變化到16V時(shí)，串接470Ω的電阻能夠使齊納二極管電壓變化減小到160mV。??