《电压频率转换电路的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电压频率转换电路的设计（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、模拟电路课程设计报告频率 /电压变换器课程名称： 模拟电子技术课程设计 题 目： 电压/频率转换电路的设计 系 （院）： 自动化学院 专 业： 自动化专业 班 级： 0311102 姓 名： xxx 学 号： xxx 时 间： 2013-06 目录评语：成绩：签名：日期： 2 / 152 / 151.题目- 32. 引言-33. 系统设计原理内容及要求-33.1 设计目的-33.2 设计要求-33.3 系统设计原理及内容-33.3.2 设计思想-33.3.2 频率/电压转换器原理框图-43.3.3 各模块方案设计-41. 三角波发生器原理-42. LM331 原理-53. 反向器原理-94.
2、反向加法器原理-113.4 测试与调整-123.4.1 调试及测量步骤-123.4.2 原始数据及处理-123.4.3 故障分析-133.4.4 误差分析-134. 总结-134.1 思考题- 134.2 课设总结- 135. 参考文献-14 3 / 153 / 151 题目：模拟电路课程设计报告2 引言：本课题介绍一种频率/电压转换器的设计方法，通过本课题熟悉频率/电压变换器LM331 的主要性能和典型应用，掌握运放基本电路的原理，并掌握电路的基本设计，测量和调试方法。3 系统设计原理内容及要求3.1 课程设计目的：本课题介绍一种频率/电压转换器的设计方法，通过本课题熟悉频率/电压变换器LM
3、331 的主要性能和典型应用，掌握运放基本电路的原理，并掌握电路的基本设计，测量和调试方法。3.2 设计要求（1） 当三角波信号的频率 fi 在 200Hz2kHz 范围内变化时,对应输出的直流电压 Vi 在15V 范围内线形变化;（2） 三角波波信号源采用函数波形发生器的输出 （3） 采用12V 电源供电.（4） F/V 变换采用集成块 LM331 构成的典型电路。通过参考书和报告上的指导书确定相关参数，测定输出的电压范围在 0.4-4V。（5） 反相器采用比例为-1，通过集成芯片 OP07 实现。（6） 反相加法器同样用芯片 OP07 实现，通过调节 VR 的大小。使输出的电压在 1-5V
4、。3.3 系统设计原理及内容3.3.1 设计思想（1） 本次设计函数发生器采用实验台的函数波形发生器。确定可调范围设在 200Hz-2000Hz,在调试过程中，挑选中间的几个值进行测试。（2） F/V 变换采用集成块 LM331 构成的典型电路，直接应用频率电压转换变换专用集成块 LM331 其输出与输入的脉冲信号重复成正比。通过参考书和报告上的指导书确定相关参数，测定输出的电压范围在 0.4-4V。（3） 反相器采用比例为-1，通过集成芯片 OP07 实现。（4） 反相加法器同样用芯片 OP07 实现，通过调节 VR 的大小。使输出的电压在 1-5V。（5） 选定设计方案，画出电路图。本组本
5、次设计共有两个供选方案。（6） 用通用型运算放大器构成微分器，其输出与输入的正弦波与频率成正比。 4 / 154 / 15（7） 系统构成的主要流程图。1 三角波 2 方波 直流 Vo31v5v3 fi=200Hz Vo1 Vo2 -0.2v3.1.1.1 2000Hz 0.2v2v -2v函数波形发生器输出的三角波，比较器变换成方波。方波经 F/V 变换器变换成直流电压。直流正电压经反相器变成负电压，再与参考电压 VR通过反相加法器得到符合技术要求的Vo。整机电路如 5-1-5 所示3.3.2 频率/电压转换器原理框图ICL80310k10k10k10k10k10k 104104 236.2
6、k 6.2k1k 10k10u10k10k10k101010k1.8k470p12k2k10k 51k10 6.8k0.11010k51k10k9k4.7k20k 20k1k10k15k1 2345678 910112 2 3467+-+4871267851323+2476 423-+746R1R2 RXC2C3C1C5C43+VC-VEV0 10RS R3Rw1RLR5A741 LM3LM31OP07OP07（ 2个 18k并 联 ）R9 RtR4R5R8Rw2R10R1R6 CLCt图 5-1+ +3.3.3 各模块方案设计3.3.3.1 三角波发生器设计F/V转换比较器函数波形发生器反相
7、器反相加法器 5 / 155 / 15三角波理论波形3.3.3.2 LM331 工作原理LM331 用作 FVC 时的原理框如图 5-1-1 所示. 6 / 156 / 15-输 入比 较 器定 时比 较 器+567 1sQTCtRtVC 2/3VC9/10VC s置 “1”端置 “0”端RRLCL -V0fi图 5-1+VCQ+此时, 脚是输出端(恒流源输出), 脚为输入端(输入脉冲链), 脚接比较电平. 1 6 7工作过程(结合看图 5-1-2 所示的波形)如下: 7 / 157 / 152/3VC0vctt1.RtCt0V0vCL0t3.5vp-VC0 1/fi t1st0图 5-12当
8、输入负脉冲到达时,由于 脚电平低于 脚电平,所以 S=1(高电平)， =0（低电平） 6 7 Q 8 / 158 / 15。此时放电管 T 截止，于是 Ct由 VCC经 Rt充电，其上电压 VCt按指数规律增大。与此同时，电流开关 S 使恒流源 I 与 脚接通，使 CL充电，V CL按线性增大（因为是恒流源对 CL充电） 。 1经过 1.1RtCt的时间，V Ct增大到 2/3VCC时，则 R 有效（R=1，S=0） ， =0，C t、C L再次充Q电。然后，又经过 1.1RtCt的时间返回到 Ct、C L放电。以后就重复上面的过程，于是在 RL上就得到一个直流电压 Vo（这与电源的整流滤波原
9、理类似） ，并且 Vo与输入脉冲的重复频率 fi成正比。CL的平均充电电流为 i（1.1R tCt）f iCL的平均放电电流为 Vo/RL当 CL充放电平均电流平衡时，得Vo=I（1.1R tCt）f iRL式中 I 是恒流电流，I=1.90V/R S式中 1.90V 是 LM331 内部的基准电压（即 2 脚上的电压） 。于是得 itSLofR09.2可见，当 RS、R t、C t、R L一定时，V o正比于 fi，显然，要使 Vo与 fi之间的关系保持精确、稳定，则上述元件应选用高精度、高稳定性的。对于一定的 fi，要使 Vo为一定植，可调节 RS的大小。恒流源电流 I 允许在 10 A5
10、00 A范围内调节，故 RS可在 190k3.8 k 范围内调节。一般 RS在 10k 左右取用。2LM331 用作 FVC 的典型电路LM331 用作 FVC 的电路如图 5-1-3 所示。10K 10KRX Rt6.8K0.110K1012K2KRSfi 470p 12 345678LM31 lo图 5-13 +VCmA2.0VCx在此，V CC=12V所以 R x=50k 取 R x=51 k 9 / 159 / 15itSLofCR09.2V取 R S=14.2 k则 V o=fi10 3V由此得 Vo与 fi在几个特殊 频率上的对应关系如表 5-1-1 所示。Vo 和 fi 的 关系
11、Fi(Hz)200 650 1100 1551 2000Vo(V) 0.2 0.65 1.1 1.55 2.03.3.3.3 反向器原理反相器的电路如图 5-1-6 所示。23 451k 6710kR4RL10kVC+VC-VE Vo1Vi1R5图 5-16OP07+-因为都是直接耦合，为减小失调电压对输出电压的影响，所以运算放大器采用低失调运放OP07。由于 LM331 的负载电阻 RL=100k（见图 5-1-3） ，所以反相器的输入电阻应为 100 k，因而取 RL=100。反相器的 Au=-1，所以R4=RL=100 k平衡电阻 R5=RL/R4=50 k 取 R 5=51 k。反相加
12、法器 2用反相加法器是因为它便于调整-可以独立调节两个信号源的输出电压而不会相互影响，电路如图 5-1-7 所示。 10 / 1510 / 1523 4 67R10R6Vo3 +VC-VEVoVRR1图 5-17OP07R9R9103o610oV已知 Vo3= -Vo2= -fi10-3V R9103i610of技术要求fi=200Hz 时，V o=1Vfi=2000Hz 时，V o=5V即 （2）)450f9(450f2iio对照式和式，可见应有 V95R910若取 R10=R9=20 k，则 VR= - V540f1fi3i60R 6=9k，用两个 18 k 电阻并联获得。平衡电阻 R11R 11/R6/R9=4.7 k。参考电压 VR可用电阻网络从-12V 电源电压分压获取，如图 5-1-8 所示。 11 / 1511 / 15-12VRW210k15kR7 VRR920kR81k图 5-189)R/(RV872W9若
