F/V变换器频率信号与电压信号之间的转换在信号处理过程中有时也会要用到。将电压信号转换为频率信号称为V/F变换器，将频率信号转换为电压信号称为F/V变换器。这两个变换器可以利用集成电路电压-频率变换器LM331实现。LM331简介如图所示为LM331的内部结构图，外部形状为DIP8型。由基准电压源BAND-GAP，镜象电流源，电子开关CURRENT，运算放大器A1，A2，A3，R-S触发器组成。“2”脚通过电阻Rs接地，电源端“8”脚通过电阻RT串接电容CT接地，它们的串接点接“5”脚，比较器A2的输出端接RS触发器的置位端，当它为“1”时，RS触发器置位（即Q为“1”），比较器A3的输出端接RS触发器的复位端，当它为“1”时，RS触发器复位（即Q为“0”）。RS触发器Q端接电子开关，Q=1时，电子开关接左端点，Q=0时，电子开关接右端点。下面进行定量讨论：基准电压源输出电压为1.90V，即比较器同相输入端电位为1.90V，则比较器反相输入端电位也为1.90V，因此，“2”脚流出电流为I=1.90/Rs，所以，当Q=1时，电子开关接左端点，从“1”脚流出的电流为1.90/Rs。当然，Q=0时，电子开关接右端点，“1”脚与内部电路是断开的。接上电源后，比较器A3反相输入端电位恒定为2/3(VCC)，电源通过电阻RT向电容CT充电，同相输入端电位升高，当升高到2/3(VCC)时，比较器A3输出端状态翻转，比较器A3输出端状态从“0”变化到“1”的时间分析如下：两边同时取对数得：当在“7”脚接固定偏置电压，脉冲信号通过微分电路接“6”脚，“1”脚输出信号，在“1”脚上并联电阻电容到地。如电路原理图所示。当脉冲信号下降沿到来时，通过R3与C1组成的微分电路变成负脉冲回到“6”脚，“6”脚接比较器A2的反相输入端，因此，负脉冲使A2输出高电平，使RS触发器置“1”，镜象电流流过输出端的RC并联电路（状态为电容处于充电状态，电位升高，但由于电容量较大，电位升高较慢），同时，触发器端为低电平，VT3截止，电源通电阻R4向电容C2充电，若输出端不接电容，则此时输出高电平，幅度为UP=1.9R7/Rs注意到，由于C1值很小，负脉冲的维持时间很短，但是负脉冲消失后，只要在复位信号没来之前，RS触发器状态是不变的。从前面的讨论可知，此充电过程维持时间为这个时间一到，C2上的电压超过2/3(VCC)，比较器A3输出状态变为高电平“1”，提供触发器复位信号，使触发器复位，复位后，C2通过VT3快速放电（注意到，C3快速放电后，A3输出状态变成低电平“0”，但是在下一个置位信号没来之前，触发器状态就不变），同时，由于电子开关断开，“1”脚电流断开，输出端电容通过电阻缓慢放电，若输出端不接电容，则此时输出低电平。等到下一个输入信号的下降沿到来时，上一个过程重新开始。通过对脉冲信号计算平均值不难得到，代入前面结论可得其F/V变换系数为其中Rs是R5和R6的串联值，f是输入信号频率。注意，电路设计时，一是定时脉宽Tp必须小于输入信号周期T，二是微分电路电容要小，保证负脉冲宽度小于定时脉宽Tp，否则，得到的结果将是不准的。注意，电路所加电源电压不能低了，由输出信号电压的最高值决定电源电压大小。从前面讨论的F/V变换器原理可知，变换器输出的脉冲信号的脉宽是固定的，由R4的C2决定，而变换器输出的脉冲信号的频率与输入信号是相同，因此，输入信号频率越低，周期越长，脉宽在一个周期内所占比例越小，因此，通过整流滤波后输出的直流信号电压越低，输入信号频率越高，周期越短，脉宽在一个周期内所占比例越大，因此，通过整流滤波后输出的直流信号电压越高，而且是一个线性关系。这样一个电路就将频率信号转换成了电压信号，通过测量电压间接测量频率。设计要求10KHZ—10V变换器。即当输入脉冲信号频率为10KHZ时，；输出直流信号电压为10V；输入脉冲信号频率为9KHZ时，；输出直流信号电压为9V；输入脉冲信号频率为1KHZ时，；输出直流信号电压为1V；输入脉冲信号频率为100HZ时，；输出直流信号电压为0.1V；根据前面理论推导结论，则符合设计要求的F/V变换系数应为0.001。即可取R7=100KR4=6.8KC2=0.01uF则Rs=14.212K，取R5=12K，R6为5K电位器，以便进行调节。或者取R5=16K，R5旁边留出与R5并联的接口，待调试时使用。此时定时脉宽Tp=R4C2=6.8K*0.01uF=6.8*10-5S，而当电源电压为12V时，能够测量的最高频率也就是10KHZ，T=10-4S。Tp<T，符合设计要求，电路能够能够正常工作。