１ 引言
在測量轉速（頻率）時，目前多採用數字電路，但有些場合則需要轉速（頻率）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／壓轉換器件代替測速發電機，從而使實驗設備簡化。美國國家半導體公司推出的速度（頻率）／電壓轉換晶片ＬＭ２９０７／ＬＭ２９１７只需接少量的外圍元件即可構成模擬式轉速表，可用於測量電機轉速，實現汽車超速報警等。
２ ＬＭ２９０７晶片介紹
ＬＭ２９０７為集成式頻率／電壓轉換器，晶片中包含了比較器、充電泵、高增益運算放大器，能將頻率信號轉換為直流電壓信號。ＬＭ２９１７ 與ＬＭ２９０７基本相同，區別是：ＬＭ２９１７內部有一隻穩壓管，用於提高電源的穩定性。
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／比較器採用浮動三極體輸出；最大５０ｍＡ的輸出電流可驅動開關管、發光二極體等；內含的轉速計使用充電泵技術，對低紋波有頻率倍增功能；比較器的滯後電壓為３０ｍＶ?利用這個特性可以抑制外界幹擾；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，不會受高於Ｖｃｃ值或低於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，可將輸出用於驅動繼電器、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 LM2907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 V２．３ 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腳為輸出電晶體的發射極（Ｕ０）；
●８腳為輸出電晶體的集電極，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 工作原理
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，這樣濾波後的電流被濾波電容積分後得到輸出電壓：
Ｖｏ＝Ｖｃｃ ｆＩＮ Ｃ１Ｒ１ Ｋ
其中Ｋ為增益常數，典型值為１。電容Ｃ２的值取決於紋波電壓的大小和實際應用中所需要的響應時間。
３ 應用電路
ＬＭ２９０７的典型應用電路如圖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，其值應大於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值必須小於或等於此固定值。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。