經(jīng)典的LM331是一個很好的學(xué)習(xí)工具，當(dāng)它涉及到電壓到頻率的轉(zhuǎn)換時——這是模擬設(shè)計的主要支柱之一。

鮑勃·皮斯特別喜歡電壓-頻率轉(zhuǎn)換電路。如果你想測量一個遠(yuǎn)程位置的電壓，可能更容易在長電線上發(fā)送一系列脈沖，而不是發(fā)送電壓本身。這些脈沖對噪音更有抵抗力，你可以從脈沖信號中清除噪聲，而不是試圖從純模擬電壓中剔除噪聲。vto - f電路也有很大的動態(tài)范圍，并將在幾十年的頻率中工作。

測量脈沖序列的頻率僅僅需要一個微控制器或邏輯電路使用一個便宜的精確晶體。這比測量電壓更劃算，因為你需要一個精確的參考芯片。

盡管如此，您的系統(tǒng)仍然可能有一個準(zhǔn)確的引用。當(dāng)我在惠普設(shè)計汽車診斷設(shè)備時，我注意到，“你需要一個rock和一個ref。”這是一個簡單的簡寫，說你需要一個石英晶體振蕩器準(zhǔn)確的時間，和一個好的參考測量電壓。用這兩種方法，你可以推導(dǎo)出電流和功率，以及你想測量的其他任何東西。在某種程度上，使用vto - f轉(zhuǎn)換器意味著您將對感測芯片的引用需求。如果你能開發(fā)一個精確的vto - f電路，那么你就不需要一個單獨的參考芯片。

說vto - f有很大的動態(tài)范圍是說輸出是非常線性的。它是精確的在廣泛的輸入電壓和輸出頻率。與確保采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)在輸入電壓范圍內(nèi)保持精確的頭痛相比，這是一個很大的問題。一旦你向一個系統(tǒng)增加了衰減和范圍放大器，事情就變得非常困難和復(fù)雜。

我試著用模擬開關(guān)在我工作的HP診斷設(shè)備上做一個衰減器。我在雜散電容和精度問題上有各種各樣的問題，所以我把Jim Williams叫做線性技術(shù)，現(xiàn)在是模擬裝置的一部分。他問我在我的Tektronix范圍內(nèi)改變垂直范圍時聽到了什么。我說我聽到繼電器點擊。威廉姆斯說，他們使用繼電器，因為在高頻率和電壓下，固態(tài)衰減器幾乎是不可能的。使用vto - f轉(zhuǎn)換器可以省去所有這些麻煩。

要理解vto - f轉(zhuǎn)換，LM331數(shù)據(jù)表是一個很好的起點。應(yīng)用程序部分是由Pease編寫的。德州儀器公布的幾份申請報告也很可能是由皮斯寫的。這些注釋都鏈接到LM331產(chǎn)品頁面上?；镜膽?yīng)用說明，“多功能的單片V/Fs可以計算和轉(zhuǎn)換精度高，”在1980年發(fā)布，與此同時。該應(yīng)用程序的說明顯示了該部分的簡單和詳細(xì)的框圖(圖1和圖2)。

你也可以使用LM331制造一個頻率-電壓轉(zhuǎn)換器。該應(yīng)用說明“頻率-電壓轉(zhuǎn)換器使用采樣和保持來改善響應(yīng)和波紋”顯示了如何在保持快速響應(yīng)時間的同時移除電路的輸出紋波。你可以把它想象成同步解調(diào)的一種形式。它在波紋波形的同一點采樣輸出電壓。本說明建立在基本的F-to-V應(yīng)用程序說明上，“V/F轉(zhuǎn)換器ICs處理頻率-電壓需求”。

在基本的vto -f轉(zhuǎn)換器的另一個鞋面是電流-頻率轉(zhuǎn)換器。還有另一個不錯的應(yīng)用說明，“寬量程的電流-頻率轉(zhuǎn)換器”。這款應(yīng)用程序說明了如何在LM331的固有寬動態(tài)范圍內(nèi)構(gòu)建能夠工作到輸入電流的picoamperes的電路。雖然你必須增加大量的電路來獲得這個性能，但它是LM331的多功能性的證明。

通過我的家庭實驗室的抽屜，我發(fā)現(xiàn)了Boldport(圖3)的人給我的LM331電壓-頻率集成電路演示板(圖3)，Boldport的電子藝術(shù)家Saar Drimer博士，將電路板封裝在一個方便的工具包中，你可以從他的網(wǎng)站上購買。這個工具包有一個Bob Pease引用“我最喜歡的編程語言是solder。該工具包基于LM331數(shù)據(jù)表的圖20(圖4)。

Drimer增加了一個輸出LED，這樣你就可以看到輸出頻率的變化。另一個不同之處在于，當(dāng)Pease被稱為光敏晶體管時，Drimer的試劑盒使用的是光傳導(dǎo)電池。Drimer也放慢了頻率，這樣你就能看到LED的閃爍。Micah Scott有一個視頻制作的工具包:

我們大多數(shù)人都聽說過STEM(科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué))。我第一次聽到“蒸汽”這個詞是來自我在邪惡的瘋狂科學(xué)家的朋友們。添加的“A”代表“藝術(shù)”。Boldport是工程藝術(shù)方面的倡導(dǎo)者，LM331 Pease PCB(印刷電路板)上的古怪痕跡就是明證。雖然電路的藝術(shù)方面似乎正在蓬勃發(fā)展，但很高興知道像吉姆·威廉姆斯這樣的模擬天才在幾十年前就用電子電路制作了作品。威廉姆斯的好朋友，馬克西姆綜合公司的萊恩·謝爾曼，甚至編了一本各種威廉姆斯作品的書(圖5)。

我們模擬人也知道，電路理論和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上有藝術(shù)。比起使用LM331，從Microchip、TI或NXP中購買一個便宜的微控制器可能更容易。事情是這樣的，LM331的設(shè)計和實現(xiàn)是值得理解的，這樣你就知道了模擬設(shè)計的原理。當(dāng)芯片來來去去，模擬的原理是永恒的。