电压、频率变换器 13讲解

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1、模电课程设计2012 2013 学年 第二学期 模拟电子技术基础 课 程 设 计 报 告题 目： 电压频率变换器 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 二班 姓 名：李昂 金绍模 黄士礼 李汉成 李龙 李宁 李秀龙 指导教师： 倪 琳 电气工程院 2013年5月18日1、任务书课题名称电压/频率变换器指导教师（职称）倪琳 执行时间2013/5/13-2013/5/18学生姓名学号承担任务李昂 1109141108 电路的仿真设计金绍模1109141107分析电路工作原理黄士礼1109141106 电子开关的设计 李汉成1109141109设计单稳态触发器李龙1109141110积分器的设计李

2、宁1109141111 制作恒流源电路李秀龙1109141112电路原理图的框架设计设计目的1、掌握电压/频率变换器的设计方法；2、学习简单的积分电路设计与调试。 3、熟悉集成运算放大器的应用设计要求 1、技术指标：设计一个电压/频率变换电路，其主要指标如下：（1）输出直流VI，输出额定频率为fo的矩形波，且foVI；（2）VI变化范围：010V；（3）fo变化范围：010KHz；2、设计要求 （1）设计一个合格的电压/频率变换电路；（2）要求绘出电路工作原理图；（3）根据设计要求和技术指标设计好电路图，选好元件设备及参数；（5）拟定设计电路图的步骤；（6）撰写实验电路设计报告。3、熟悉集成运

3、算放大器的应用 目 录 第一章 绪 论51.1 设计分析与功能51.2 原理分析及电路图设计5第二章 电路的方框图6第三章 各模块方案设计73.1积分器的设计方案73.2 单稳态触发器的设计73.3 电子开关设计83.4 恒流源电路设计93.5 基本计算11第四章 电路工作原理12第五章 电路的仿真与设计体会135.1 仿真结果135.2 收获和体会14【摘 要】本次课程设计利用输入电压的大小改变电容的充电速度，从而改变振荡电路的振荡频率，故采用积分器作为输入电路。积分器的输出信号去控制电压比较器或者单稳态触发器，可得到矩形脉冲输出，由输出信号电平通过一定反馈方式控制积分电容恒流放电，当电容放

4、电到某一域值时， 电容C 再次充电。 由此实现Vi 控制电容充放电速度， 即控制输出脉冲频率。【关键词】V/F转换；高精度；555定时器。第一章 绪 论1.1 设计分析与功能电压/频率转换器电路实质上是一种随外加控制电压变化的振荡器，通过外加电压的变化改变输出信号的频率，输入V1为直流电压（控制信号），输出频率f的矩形脉冲。1.2 原理分析及电路图设计 首先要求电压/频率变换器的输入信号频率 f0与输入电压 Vi 的大小成正比，输入控制电压 Vi常为直流电压，也可根据要求选用脉冲信号做为控制电压，其输出信号可为正弦波或者脉冲波形电压。 本设计利用输入电压的大小改变电容的充电速度，从而改变振荡电

5、路的振荡频率，故采用积分器作为输入电路。积分器的输出信号去控制电压比较器或者单稳态触发器，可得到矩形脉冲输出，由输出信号电平通过一定反馈方式控制积分电容恒流放电，当电容放电到某一阈域值时，电容 C 再次充电。由此实现 Vi 控制电容充放电速度，即控制输出脉冲频率。可见，输出脉冲信号的频率决定了电容的充放电速度，即决定了V1值的大小，这就是电压/频率变换的原理分析和理论设计。 第二章 电路的方框图输出电子开关单稳态触发器积分器输入 恒流源 电压/频率交换器原理图 第三章 各模块方案设计3.1积分器的设计方案 积分器设计积分器采用集成运算放大器和RC元件构成的反向输入积分器。电路图如下：反向积分电

6、路可以完成输出信号对输出信号的积分运算，它是利用电容器两端电压与通过电容器的电流为积分关系，以及运放虚短和虚断的特性实现的。 由于晶体管参数受温度变化影响，这种温度漂移作用会造成误差，所以RC要选择合适的器件。3.2 单稳态触发器的设计单稳态触发器采用555定时器构成的单稳态电路。具体电路如下:1.单稳态触发器只有一个稳定状态，一个暂稳态。 2.在外加脉冲的作用下，单稳态触发器可以从一个稳定状态翻转到一个暂稳态，是一个具有记忆功能的二进制信息存储器件，是构成各种时序电路的最基本逻辑单元。 3.由于电路中RC延时环节的作用，该暂态维持一段时间又回到原来的稳态，暂稳态维持的时间取决于RC的参数值。

7、在本电路中的用途是能够使电路在输出端上能得到可调的稳定矩形脉冲。 3.3 电子开关设计电子开关采用开关晶体管接成反向器形式，当触发器的输出为高电平时，三极管饱和导通，输出近似为零，当触发器输出为低电平时，晶体管截止，输出近似等于+Vcc。3.4 恒流源电路设计恒流源电路可采用开关三极管 T， 稳压二极管Dz 等元件构成。 具体电路如下所示。 当V1为 0 时，D2，D3 截止，D4 导通，所以积分电容通过三极管 T 放电。当 V1为 1 时，D2，D3 导通，D4 截止，输入信号对积分电容充电。在单稳态触发器的输出端得到矩形脉冲。电压/频率变换器总体电路电路图3.5 基本计算根据题目要求结合电

8、路图，输入与输出关系 Vif0，题目要求输入电压的范围为110V，而输出频率要求为 110KHZ，所以该 VFC 电路需有 1khz/v 的换系数。输入有信号电压 Vin 时， 积分电容充电， 积分器输出下降， 当降至触发器的触发电平 （ 1/3Vcc），555 置位，使得积分电容通过恒流源反向充电，当积分电容电压上升到2/3Vcc 时，又使555 复位，积分电容又开始充电，从而形成振荡。因为单稳态电路的充电时间tw=1.1R7*C1,选取 R7 为 43k,C1 为 1000p，确定充电时间约为 0.05ms。根据所采用的恒流源电路及参数设置以及输入电压与输出频率的关系，可确定恒流源对积分电

9、容反向充电时间，从而确定 C3=0.1uf，R1=20K。 第四章 电路工作原理 电路由五部分组成，分别是积分器，单稳态触发器，电子开关，恒流源，直流稳压电源组成。输入端连接稳压电源，输出端连接示波器，在输入端输入线性增长的电压，输出端所连示波器所读出的波形频率也成线性增长。运放UA741的组成积分器，CH7555的组成单稳态触发器，T1、DZ的组成恒流源。当V1的电位高于555电路的触发电平，V3为低电平时，T2截止，D2、D3导通，D1截止，这时若输入正的Vi，积分器输入Vi下降。当Vi下降到使V2等于单稳态触发电平时，V3由低电平变为高电平，T2饱和导通，D2截止，D1导通，为T1提供恒

10、定电流。由于此电路大于输入电流，积分器输入电压V1上升，此时因C2的放电端7脚对地开路，C2充电，直到C2高于555电路的值时，V3又回到低电平。以上过程重复进行，V3产生连续矩形脉冲输出，其频率为f，在一个周期内，对电容C1充放电的电荷相等，即 V1*T/R1=Vz*t/R4式中T为输入信号的周期，Vz为稳压二极管的稳压值，t=1.1R8C2，用输入信号的频率f表示，得f=R4V/R1tVz。可将f与V成正比。第五章 电路的仿真与设计体会5.1 仿真结果5.2 收获和体会经过这一周对模电课程设计。使我们我们了解和掌握很多关于电子技能的知识，更好的认识我们以后要接触的电子产品。简单的了解和掌握

11、了一些电子元件的运用，极大的拓宽了我们的知识面，提高了以后学习生活中的动手能力，给我们很大的启发，有助于我们将来的学习和工作。两周的课程设计,此次更增加了大家的动手实践能力。而且，比起以往只要照着电路连线做实验，这次更添加了自己的思考，该选择怎样的电阻，电容，想要修改最后的输出，应该在什么地方做改变。看着大家做出来的电路，并且系统是活的，还是挺有成就感的，虽然还有很多问题存在。于是我们开始翻数电和模电的课本，看相关的内容。整个课程设计过程，不仅是一个课程设计，也让我们对于课本上的知识有了更深的了解，对于知识，也更加形象化了。一旦真正的应用于实践中，就会产生很多意想不到的惊喜与惊奇。这次课程设计

12、，提高了我们的动手能力和自己主动分析解决问题的能力，也让我们意识到团队合作的重要性，只有让每个人发挥自己的长处，才会发挥团队的力量。总而言之，这样的课程设计还是觉得这样的课程是很有意义的。致谢 首先，要感谢倪林老师对我们的悉心指导。在大二上学期中对我们向我们传授了模电的相关专业知识，交给了我们很多学习方法。并引导我们解决学习中遇到的障碍，勇于知难而上。对此，我们感到非常的荣幸和自豪。再次感谢老师的帮助。参考文献【1】 阎石 主编，数字电子技术基础（第五版）。清华大学出版社 2006【2】 翁飞兵 陈棣湘 主编， 电子技术实践教程， 国防科技大学出版社，2003【3】 毕满清 主编， 电子技术实验与课程设计， 机械工业出版社， 2006【4】 何光明 主编， 电子技术基础（模拟部分）， 清华大学出版社， 2004【5】 王艳春 主编， 电子技术实验与Multisim仿真 合肥工业大学出版社 2011 附 录各种元件列表：表6.1电阻RR120 KR1020 KR26.2KR310 KR4100 KR54.7 KR622KR743 KR820R910KR1020 K稳压二极管1WD6稳压值2V电容3个集成运算放大器TLV2712CDGK1个三极管NPN型计时器Lm555cm