Il circuito è il seguente.

Il principio di funzionamento si basa sul convertire il valore di una tensione in una forma impulsiva la cui frequenza è ad esso proporzionale e poi contare il numero di impulsi in un intervallo di tempo prestabilito, ad es. 1s.

Analizziamo il funzionamento del circuito.

All'istante t = 0, con l'interruttore S aperto in modo tale che la capacità si carichi, inseriamo una tensione V_A > 0. Essendo il primo amplificatore un integratore invertente, V_o1(t) sarà una rampa decrescente che parte da 0 fino ad arrivare a -V_R. L'uscita V_o1(t) è collegata all'ingresso invertente del comparatore, mentre l'ingresso non invertente è mantenuto alla tensione -V_R. Partendo da 0, la rampa decrescente risulterà sicuramente maggiore di -V_R, e, prevalendo l'ingresso invertente su quello non invertente, l'uscita del comparatore sarà a livello basso (V_oL).

Quando V_o1(t) uguaglierà e tenderà a supererà -V_R, l'uscita del comparatore commuterà da V_oL a V_oH . Supponendo che V_oL (cioè l'uscita bassa del comparatore) sia 0V, si avranno i grafici di Fig. 1 e Fig. 2.

Quando V_o diventa V_oH deve chiudersi l'interruttore S per scaricare la capacità e ripetere la rampa decrescente al fine di generare un altro impulso. La durata di tale impulso è però di durata insufficiente ad assicurare la completa scarica del condensatore. Per assicurare la completa scarica del condensatore C, si utilizza l'impulso in uscita dal comparatore per pilotare un monostabile che produce un impulso la cui durata sia tale da assicurare la completa scarica del condensatore C. L'uscita del monostabile poi commuta e si ricomincia con la rampa decrescente.

Si dimostra ora che la frequenza della forma impulsiva generata, ossia il suo periodo T, è proporzionale alla tensione analogica V_A da convertire.

Si ricava il periodo T come somma delle durate della rampa decrescente e della rampa crescente: .

Si calcola l'equazione della rampa decrescente:

                                                                                     (2.7.1)

dopo                                              (2.7.2)

Dalla (2.7.2) si deduce che T₁ dipende da V_A in modo inversamente proporzionale.

Poiché la capacità si scarica attraverso di un interruttore elettronico e poiché la resistenza di conduzione di un interruttore elettronico è molto bassa, la capacità C si scaricherà con una costante di tempo molto piccola, ossia si scaricherà molto più velocemente di come si carica. Pertanto, la durata della rampa crescente T₂ sarà trascurabile rispetto alla durata T₁ della rampa crescente, e possiamo approssimare con T₁ il periodo T della forma impulsiva:

                                                                                          (2.7.3)

La frequenza risulta direttamente proporzionale alla tensione V_A, e dato che la frequenza è il numero di impulsi nell'unità di tempo, per avere una parola di N bit proporzionale alla tensione V_A di ingresso, è sufficiente contare il numero di impulsi in un secondo.

Per ottenere una conversione di questo tipo si utilizzano circuiti integrati già pronti:

convertitori V/F nei quali l'abilitazione al conteggio, può essere interna o esterna e al quale bisogna aggiungere solo un contatore binario (e qualche componente passivo).

Il tempo di conversione coincide con T_H. Normalmente si ha per T_H 100ms.