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1、频率/ 电压变换器实验报告一：已知条件与技术指标（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。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。（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）采用+ -12V 电源供电。二：电路原理系统构成的主要流程图比较器L M 3 1 1F / V 变换器L M 3 3 1反相器O P 0 7反
2、相加法器O P 0 7fi= 2 0 0 2 0 0 0 H z直流0 . 2 2 V- 0 . 2 - 2 V参考电压 VR1 5 V波形发生器跟随器7 4 1A4、分析并计算主要元件参数值(1) F/V 转换部分：（ ）LM331 的内部原理图-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+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.工作过程及工作波形如图所示：2/3VC0vctt1.RtCtt0V0vCL0 t3.5vp-VC0 1/fi t1st
3、0图 5-12当输入负脉冲到达时,由于脚电平低于 脚电平 ,所以 S=1(高电平)，=0（低 电平）。此时放电管 T 截止，于是 Ct 由 VCC经 Rt 充电，其上电压 VCt 按Q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）。经过 1.1RtCt 的时间， VCt 增大到 2/3VCC时，则 R 有效（R=1，S=0）， Q=0，Ct、CL 再次充 电。然后，又经过 1.1RtCt 的时间返回到 Ct、CL 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理类似），并
4、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（1.1RtCt）fiCL 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（1.1RtCt）fiRL式中 I 是恒流电流， I=1.90V/RS式中 1.90V 是 LM331 内部的基准电压（即 2 脚上的 电压）。于是得： itSLofCR09.2V可见，当 RS、Rt、Ct、RL 一定 时， Vo 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1
5、0 A500 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。（）LM331 用作 FVC 的典型电路LM331 用作 FVC 的电路如图 5-1-3 所示：10K 10KRXRt6.8K0.110K1012K2KRSfi 470p 1234567 8LM31lo图 5-13+VCmA2.0VRCx在此，V CC=12V所以 Rx=50k 取 Rx=51 kitSLofC09.2取 RS=14.2 k则 Vo=fi10 3V由此得 Vo 与 fi 在几个特殊 频率上的对应关系如下表所示。表 5-1-1 Vo 和 fi 的关系Fi(Hz) 200
6、600 1000 1500 2000Vo(V) 0.2 0.6 1.0 1.5 2.0图中 fi 是经过微分电路 470pF 和 10 k 加到 脚上的。 脚上要求的触发电压是6 6脉冲方波。（2）反相器反相器的电路如图 5-1-6 所示。23451k 6710kR4RL10kVC+VC-VEVo1Vi1 R5图 5-1-6OP07+-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 k。反相器的 Au=-1，所以R4=RL=100
7、 k平衡电阻 R5=RL/R4=50 k 取 R5=51 k。（3）反相加法器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：23 4 67R10R6Vo3+VC-VEVoVRR1图 5-17OP07R9（1）R9103o610oV已知 Vo3= -Vo2= -fi10-3V R9103i610of技术要求fi=200Hz 时，V o=1Vfi=2000Hz 时 ，Vo=5V即 Vo=（59+fi/450）V （2）对照式和式，可见应有 (R10/R9 )Vr=5/9若取 R10=R9=20 k，则 Vr= -5/9V450f1fi3i
8、60R6=9k，用两个 18 k 电阻并联获得。平衡电阻 R11R11/R6/R9=4.7 k。为 了 保 证 Vr 的 值 直 接 从 -12v 引 入 ,VR=(R8/R9)/Rw2+R7+(R8/R9)=5/9若取 R8=1 k, 则 R8/R9=0.952 kRw2+R7=19.6 k取 R7=15 kRw2 用 10 k 电位器。整机原理图中的 C2、C3、C4、C5 均为滤波器电容，以防止自激和输出直流电压上产生毛刺，电用电位器。容值均为 10uF/16V(三)测量与调 整观察整机原理图有关点的波形。可在 200Hz2000Hz 内的任一 频率上观察。Vi1应为直流电平0，幅度0.
9、22V cc 的正弦波。Vo1应为单极性的正方波，幅度 Vcc。Vi2应为直流电平V cc 的正负脉冲。Vo2应为正直流电压，V o3应为负直流电压吗， Vo应为正直流电压。测量整机原理图中有关节点的直流电压首先要保证频率计，电压表完好，即保证测得的频率、电压数值正确，将函数波形发生器的输入信号频率 fi调到 200Hz。此时Vo2=0.2V。否则调整 Rw5。Vo3=-0.2V。否则调整 R15VR=-5/9V。否则调整 Rw6Vo应=1V。否则分别检查 VR、Vo3产生的输入。VR产生的输出应为 VR。否 则调整 R20。Vo3产生的输出应为-4/9V，否则调整 R18、R19。固定电阻的
10、调整可用一个接近要求值的电阻和一个小电阻的电阻串联来实现。三：设计步骤整机原理图如下所示：将其中的 IC1 ICL8038 部分换成三角波形发生器，具体参数选择如下图所示：在面包板上连接好电路以后，就行测试与调整，步 骤如下所示：四：测量和调整（1（ 各级调整。调整应遵循由前级逐级往后进行的原则。首先检查各器件电源脚电压正常否。线路板上电源正负极及地必须标示明确，以防接错。波形发生器：调整使其输出一周期信号，频率可在 200Hz 到 2kHz 内变化，注意保证一定余量。频率调节，波形幅度基本保持不变。A1：2、3 和 6 脚直流电位为 零；IC2：见 Vi1 和 Vo1 的波形；IC3：2 脚
11、约为 2V 直流电位，5 脚为脉冲波，周期与 Vo1 相同， 6 脚波形见 Vi2；A2 和 A3：2 和 3 脚均为零电位，各自 6 脚分别见 Vo3 和 Vo。（2（ 观测图中有关各点波形并记录其参数值（选择 1kHz 频率点观测）。Va为波形发生器的 输出波形；A1 的 2、3 脚波形及 Vi1 波形；Vo1为单极性的正半周方波，幅度 Vcc；Vi2应为直流电平V CC 的正负脉冲，IC 3 的 5 脚是幅度 约为 2/3VCC 的脉冲波；Vo2应为正直流电压；Vo3应为负直流电压；Vo应为正直流电压。（3（ 测量图中有关点的直流电压将波形发生器的输出信号频率 fi 分别调到 200Hz
12、 和 2000Hz；此时正常时 Vo2=0.2V 和 2V 左右，误差不大可适当调整 Rw5；不行的话，再适当调整 R13；如果误差很大，则是有干扰， 应在图中虚线处加一代码为 102 的电容器；如果依然不行，则要找出原因，排除故障。Vo3 =-0.2V 和-2V 左右，否则可适当调整 R15；VR-0.56V，这里 Rw6 主要是保证 Vo 是否能够达到 设计值， 调整 Rw6 使总误差在给定范围内即可；Vo=1V 和 5V，误差应在控制范围内，否则分别检查 VR、Vo3 是否符合要求。最后若总误差有点超出则可适当调整 R22；固定电阻的调整可用相近标称系列电阻替代来实现。往上选增加阻值或往下选减少阻值。五：误差分析：在实验过程中，由于部分电阻的阻值与其对应的标称值存在一定的误差，也会对实验结果产生较大的影响，导致实验结果出现误差，还有可能是由于示波器、 电源等自身存在的原因导致在观察示波器读数时出现跳动，不稳定状态也会对在读数是造成影响，从而导致实验误差， 还有部分原因就是在调节频率是，通 过波形发生器的滑动变阻器调节使频率发生变化时，无法确切的调节到精确的所需频率，也会导致最后实验结果误差的发生，附录（各种以前未曾使用过的实验器材）集成运放 uA741电压比较器 LM311频率电压变换器 LM331集成运算放大器 OP07
