专利名称：电流频率转换器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电信号转换设备，具体涉及一种电流频率转换器。
背景技术：
工业上普遍需要测量各类非电物理量，例如温度、压力、速度、角度等，通常使用各 类传感器来测量，而传感器有很多输出4-20mA作为现场采集信号的对应输出，但是要由此 去控制设备一般需要转换，常用采用单片机等处理，或者专用的电流转换频率芯片处理，但 是频率没有这么低，实时性差，而此电路用简单的硬件电路实现，比程序运行可靠，低频实 现现场控制设备非常灵活。电流频率转换器便是其中一种硬件电路实现电信号转换的设 备。目前，电流频率转换器通常包括电流-电压转换电路、控制电压产生电路、VCO压 控振荡电路，其中电流-电压转换电路接收4-20mA的电流，经串联电阻后转化成电压，输 入后一级控制电压产生电路中；控制电压产生电路通常由运算放大器与电阻组成，对输入 的电压进行反相、减法等运算变化，输出电压接入VCO压控振荡电路中，所述VCO压控振荡 电路可以由分立器件组成(串联谐振电容三点式电路)或是由运算放大器和555振荡器构 成，前者电路结构比较简单，适用于较高频率的场合，调试不太方便，稳定性不是很好；而后 者属于低频宽带通用型压控多谐振荡器，其中心频率通过外接定时电容和电阻实现调整。如上所述，目前VCO电路均采用输入电压控制，压控振荡器电路存在V-F转换线性 度较差，频率转换的精度不高，故而，影响到后续对设备的驱动。
发明内容本实用新型目的是提供一种电流频率转换器，通过对电路结构的改进，有效了 V-F 转换的线性度，频率转换精度得到提高。为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是一种电流频率转换器，包括电 流-电压转换电路、控制电压产生电路、VCO振荡电路及直流供电电路，所述VCO振荡电路由 一镜像电流源电路与一 555振荡电路组成，所述镜像电流源由两个参数相同的三极管共基 极连接，两管的发射极均与电源连接，其中一个三极管的集电极与所述控制电压产生电路 的输出端连接，另一个三极管的集电极与所述555振荡电路的RC充放电电路接入端连接。上述技术方案中，通过配对选择其参数基本相同的两个三极管，即放大倍数β ！= β 2，Iceoi = W由于两管具有相同的基-射极间电压(VBEI = VBE2)，故IEl = IE2。当β 较大，基极电流。可以忽略，根据Ie= IB+IC，所以两管的集电极电流近似相等，即形成了电 流的镜像，将该镜像电流接入555振荡电路的外接RC充放电电路中，实现电压可控电流源 作为对振荡电路RC充放电的输入，从而改善V-F转换的线性度，使频率转换精度得到提高。上述技术方案中，所述控制电压产生电路包括偏置电路、反相电路、减法器及恒流 源控制电路，分别由4块单运放组合电路构成。其中，⑴反相器将输入的负电压转换为 正，增强信号的驱动能力；(2)偏置电压此处利用电压跟随器构成，产生偏置电压；(3)减法器电流为4mA时，为了使VCO输出脉冲频率为零，需利用偏置电路，即于减法器的反相输 入一基准电压形成偏置，使最终控制电压产生电路输出为零；(4)恒流源控制向镜像电流 源提供恒定电流。以4块单运放组合电路构成上述各个电路，每一单运放组合电路中集成 了精密电阻，从而避免外接电阻因精度不高而引发的一系列误差问题。由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有的优点是1、由于本实用新型在VCO振荡电路中加入了镜像电流源，由镜像电流源输出的电 流控制555振荡电路的RC充放电路，实现电流控制振荡电路的输出，从而改善V-F转换的 线性度，提高频率转换精度；2、采用常用的电阻、电容电子元件、运算放大器、555芯片等组成整个转换电路，实 现高精度低频电流-频率转换，构建成本低，运行可靠，现场控制设备灵活。
图1是本实用新型实施例一的系统框图；图2是本实用新型实施例一的电路图I ；图3是本实用新型实施例一的电路图II ；图4是图2中INA133U的内部结构图；图5是图2中555振荡器RC充放电波形图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述实施例一参见附图1 5所示，一种电流频率转换器，包括电流-电压转换电路、 控制电压产生电路、VCO振荡电路及直流供电电路，所述VCO振荡电路由一镜像电流源电路 与一 555振荡电路组成，所述镜像电流源由两个参数相同的9012三极管Ql、Q2共基极连 接，两管的发射极均与电源VCC连接，其中一个三极管Q2的集电极与所述控制电压产生电 路的输出端连接，另一个三极管Ql的集电极与所述555振荡电路的RC充放电电路接入端 连接。所述控制电压产生电路包括偏置电路、反相电路、减法器及恒流源控制电路，分别 由4块INA133U单运放组合电路Ul U4构成，如图2所示(1)偏置电路U2 将该芯片1 引脚与3引脚相连，2引脚与5引脚相连；(2)反相电路Ul 将该芯片1脚与4脚相连接地， 5脚与6脚相连；(3)减法器U3 将该芯片1与4引脚相连接地，5与6引脚相连；(4)恒流 源控制电路U4 将该芯片1与3引脚相连，2与5引脚相连，6脚输出与三极管Q3基极连接， 2与5引脚并接于9013三极管Q3的发射极上，当Q3导通时，芯片U4在此即构成了电压跟 随器，其输出U4近似等于U3，输出电流I0 = U3/(R10+R2)，其中RlO为可调电阻器，此处 用于对输出电流进行微调。但就整个系统而言，RlO用于调节输出信号的频率精度。如图3所示，选用INA133U单运放组合电路的特性优点如下①偏置电压士450uVmax, 士5uV/°C max②静态工作电流950uA③响应时间5·5us to 0. 01%④增益误差0· 05% max
4[0025]⑤频宽1.5MHz⑥输入电压范围士 2. 25V to 士 18V其内部集成了 4个25ΚΩ的电阻，避免了外接电阻因精度不高而引发的一系列误 差问题，是用于产生控制镜像电流源电压的首选方案。设镜像电流源的内阻为Ri，如图4所示，twl为C4上的电压由l/3Vcc充到2/3Vcc 所需要的时间，充电回路的时间常数为(Ri+RB)XC4。twl可用下式估算twl = (Ri+RB) XC4X 1η2 ^ 0. 7 (Ri+RB) XC4tw2为C4上的电压由2/3Vcc下降到l/3Vcc所需要的时间，放电回路的时间常数 为RBC4。tw2可用下式估算tw2 = RBXC4X 1η2 ^ 0. 7RBXC4所以，振荡周期T为T = twl+tw2 ^ 0. 7 (Ri+2RB) X C4振荡频率为f = 1/T = 1/0. 7(Ri+2RB) XC4 = 1. 44/ (Ri+2RB) XC4又电流源内阻很大，因而此处可以忽略RB的影响，即f ^ 1. 44/(RiXC4)①这时再设前级恒流源控制电路的内阻为Rn，恒定电压为U，I = U/Rn而在恒流源控制电路与外电压组成的回路中I ^ Vcc/Ri可以得到U/Rn^ Vcc/Ri②其中Rn，Vcc均为定值，所以1/Ri oc υ③由①、②、③式得F U在控制电压产生电路中，U - I，所以就整个系统而言，我们实现了电流到频率的 线性转换。
权利要求一种电流频率转换器，包括电流 电压转换电路、控制电压产生电路、VCO振荡电路及直流供电电路，其特征在于所述VCO振荡电路由一镜像电流源电路与一555振荡电路组成，所述镜像电流源由两个参数相同的三极管共基极连接，两管的发射极均与电源连接，其中一个三极管的集电极与所述控制电压产生电路的输出端连接，另一个三极管的集电极与所述555振荡电路的RC充放电电路接入端连接。
2.根据权利要求1所述电流频率转换器，其特征在于所述控制电压产生电路包括偏 置电路、反相电路、减法器及恒流源控制电路，分别由4块单运放组合电路构成。
专利摘要本实用新型公开了一种电流频率转换器，包括电流-电压转换电路、控制电压产生电路、VCO振荡电路及直流供电电路，其特征在于所述VCO振荡电路由一镜像电流源电路与一555振荡电路组成，所述镜像电流源由两个参数相同的三极管共基极连接，两管的发射极均与电源连接，其中一个三极管的集电极与所述控制电压产生电路的输出端连接，另一个三极管的集电极与所述555振荡电路的RC充放电电路接入端连接。本实用新型设置了镜像电流源电路，由电压可控电流源作为振荡电路的输入，实现低频、电流控制，提高V-F转换线性度及频率精度。
文档编号H02M3/156GK201682418SQ201020100419
公开日2010年12月22日 申请日期2010年1月18日 优先权日2010年1月18日
发明者张进峰, 颜友钧 申请人:苏州市职业大学