LM331是美国NS公司生产的性能价格比高、外围电路简单、可单电源供电、低功耗的精密电压/频率转换器集成电路。LM331动态范围宽达100dB，工作频率低到0.1Hz时尚有较好的线性度，数字分辨率达12位。LM331的输出驱动器采用集电极开路形式，因此可通过选择逻辑电流和外接电阻来灵活改变输出脉冲的逻辑电平，以适配TTL、DTL和CMOS等不同逻辑电路。LM331可工作在4.0V～40V之间，输出可高达40V，而且可以防止VCC短路。
lm331特点
保证线性：0.01%（最大）
低功耗：15mW5V
广泛的全面频率：1Hzto100kHz
脉冲输出兼容所有的逻辑形式
宽动态范围：100db
lm331引脚图及其功能
lm331引脚功能
lm331内部结构
LM331的内部电路组成如图所示由输入比较器、定时比较器、R-S触发器、输出驱动管、复零晶体管、能隙基准电路、精密电流源电路、电流开关、输出保护管等部分组成输出驱动管采用集电极开路形式，因而可以通过选择逻辑电流和外接电阻，灵活改变输出脉冲的逻辑电平，以适配TTL、DTL和CMOS等不同的逻辑电路。LM331可采用双电源或单电源供电，可工作在4.0～40V之间，输出可高达40V，而且可以防止Vcc短路。
工作原理
上图是由LM331组成的电压—频率变换电路。外接电阻Rt、Ct和定时比较器、复零晶体管、R-S触发器等构成单稳定时电路。当输入端Vi+输入一正电压时，输入比较器输出高电平，使R-S触发器置位，Q输出高电平，输出驱动管导通，输出端fo为逻辑低电平，同时，电流开关打向右边，电流源IR对电容CL充电。此时由于复零晶体管截止，电源Vcc也通过电阻Rt对电容Ct充电。
当电容Ct两端充电电压大于Vcc的2/3时，定时比较器输出一高电平，使R-S触发器复位，Q输出低电平，输出驱动管截止，输出端fo为逻辑高电平，同时，复零晶体管导通，电容Ct通过复零晶体管迅速放电;电流开关打向左边，电容CL对电阻RL放电。当电容CL放电电压等于输入电压Vi时，输入比较器再次输出高电平，使R-S触发器置位，如此反复循环，构成自激振荡。右图画出了电容Ct、CL充放电和输出脉冲f0的波形。设电容CL的充电时间为t1，放电时间为t2，则根据电容CL上电荷平衡的原理，我们有：
（IR-VL/RL）t1=t2VL/RL右图为电容充放电输出波形图：
从上式可得：
f0=1/（t1+t2）=VL/（RLIRt1）
实际上，该电路的VL在很少的范围内（大约10mV）波动，因此，可认为VL=Vi，故上式可以表示为：
f0==Vi/（RLIRt1）
可见，输出脉冲频率f0与输入电压Vi成正比，从而实现了电压-频率变换。式中IR由内部基准电压源供给的1.90V参考电压和外接电阻Rs决定，IR=1.90/Rs，改变Rs的值，可调节电路的转换增益，t1由定时元件Rt和Ct决定，其关系是：t1=1.1RtCt，典型值Rt=6.8kΩ，Ct=0.01µF，t1=7.5µs。由f0=Vi/（RLIRt）可知，电阻Rs、RL、Rt和电容Ct直接影响转换结果f0，因此对元件的精度要有一定的要求，可根据转换精度适当选择。电容CL对转换结果虽然没有直接的影响。但应选择漏电流小的电容器。电阻R1和电容C1组成低通滤波器，可减少输入电压中的干扰脉冲，有利于提高转换精度。
lm331应用电路（一）
如图是由LM331等构成的电压/频率转换电路。LM331是由片内1·9v的基准电压、电流开关。比较器和触发器等构成的单片电压/频率转换集成电路。为了扩大量程范围，电路中增设A1运算放大器。基准电流IR由（Rl+R（RPl））进行设定，由于内部基准电压为1·9V，因此IR=l·9V/（Rl+R（RPl）），通常的设定范围为100一500μA。另外，电流开关输出（1脚）端的电流平均值I。与输人电流Ii相等。对于片内的充放电电路，当充电电压达到电源电压的2A时，电路复位，因此脉冲宽度等于1·1R4C3。由于输入电流Ii等于1·lxR4xC3xf0xIR，输入电流Ii与振荡频率f0成比例，即输出频率f0与-Ui成比例。
lm331应用电路（二）
图： LM331集成电路的典型应用电路
lm331应用电路（三）
如图是我们常用的一种压频转换电路，按照图2设计电路， LM331采用单电源供电，电源电压VCC，模拟信号
的输进范围-VCC～0V，频率范围为1～500KHZ，非线性低于0.01％。模拟信号 经积分器LF356积分处理后，在INPUT端变成与输进电压 成正比的稳定电流输进，通过LM331芯片进行V/F转换后，变成与电压成正比的频率信号，FOUT端输出的频率信号送到计算机的计数/定时端口，计算机对频率信号进行采集、处理、存储。从而实现模拟信号到数字信号的转换。由于LM331的转换线性度直接影响转换结果的正确性，而通常引起V/F转换产生非线性误差的原因是引脚1的输出阻抗，它使输出电流随输进电压的变化而变化，因而影响转换精度，为克服此缺点，高精度V/F转换器在1脚和7脚间加进了一个积分器，这个积分器是由常规运放LF356和积分电容C4构成的反积分器。加上积分电路后，由于电流源（1引脚）总是保持地电位，电压不随 或FOUT变化，因此有很高的线性度。
lm331应用电路（四）
图2 高精度电压频率转换器，100kHz的满量程
图3 光照强度变换器
图4 简单的频率对电压转换器，100kHz的满量程