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电压、频率变换器

更新时间:2019-08-04 16:49:10 点击数:172

  电压、频率变换器_电子/电路_工程科技_专业资料。模电课程设计 电气工程院 2013 年 5 月 18 日 1、任务书 课题名称 指导教师(职称) 执行时间 学生姓名 学号 电压/频率变换器 倪琳 2013/5/13------2013/5/18

  模电课程设计 电气工程院 2013 年 5 月 18 日 1、任务书 课题名称 指导教师(职称) 执行时间 学生姓名 学号 电压/频率变换器 倪琳 2013/5/13------2013/5/18 承担任务 电路的仿真设计 李昂 金绍模 黄士礼 李汉成 李龙 李宁 李秀龙 1109141108 1109141107 1109141106 1109141109 1109141110 1109141111 1109141112 分析电路工作原理 电子开关的设计 设计单稳态触发器 积分器的设计 制作恒流源电路 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 fo∝VI; (2)VI 变化范围:0~10V; (3)fo 变化范围:0~10KHz; 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; 1 模电课程设计 (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、熟悉集成运算放大器的应用 目 录 第一章 绪 论 ...................................................................................................................... 3 1.1 设计分析与功能 .................................................... 3 1.2 原理分析及电路图设计 .............................................. 3 第二章 电路的方框图 ................................................................................................................ 3 第三章 各模块方案设计 .......................................................................................................... 4 3.1 积分器的设计方案 ................................................... 4 3.2 单稳态触发器的设计 ................................................. 4 3.3 电子开关设计 ....................................................... 5 3.4 恒流源电路设计 ..................................................... 6 3.5 基本计算 ........................................................... 8 第四章 电路工作原理 ................................................................................................................ 8 第五章 电路的仿真与设计体会 ................................................................................................ 9 5.1 仿真结果 ........................................................... 9 5.2 收获和体会 ........................................ 错误!未定义书签。 【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。 2 模电课程设计 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 输入 积分器 单稳态触发器 电子开关 恒流源 3 模电课程设计 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: 4 模电课程设计 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。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。 5 模电课程设计 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。 6 模电课程设计 电压/频率变换器总体电路电路图 7 模电课程设计 3.5 基本计算 根据题目要求结合电路图,输入与输出关系 Vi∝f0,题目要求输入电压的范围为 1~10V,而输出频率要求为 1~10KHZ,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。 8 模电课程设计 第五章 电路的仿线 仿线 模电课程设计 附 录 各种元件列表: 表 6.1 R1 R2 R4 电阻 R R6 R8 R10 稳压二极管 1W 电容 20 KΩ 6.2KΩ 100 KΩ 22KΩ 20Ω 20 KΩ 稳压值 2V R10 R3 R5 R7 R9 20 K 10 KΩ 4.7 KΩ 43 KΩ 10KΩ D6 3个 集成运算放大器 三极管 计时器 直流电压源 TLV2712CDGK NPN 型 Lm555cm VCC 电压值 15V VEE 电压值 1个 -15V 11 模电课程设计 答辩记录及评分表 课题名称 电压/频率变换器 答辩教师(职称) 倪琳 答辩时间 2012~2013 学年第二学期 第 12 周 1、电压频率转换器的含义: (李昂) 电压—频率转换实际上是一种模拟量和数字量之间的转换技术。当 模拟信号(电压或电流)转换为数字信号时,转换器的输出是一串 频率正比于模拟信号幅值的矩形波,显然数据是串行的。这与目前 通用的模数转换器并行输出不同,然而其分辨率却可以很高。串行 输出的模数转换在数字控制系统中很有用,它可以把模拟量误差信 号变成与之成正比的脉冲信号,以驱动步进式伺服机构用来精密控 制。 2、频率电压转换器的工作原理: (李秀龙) 电压频率转换器 VFC(Voltage Frequency Converter)是一种实现 模数转换功能的器件,将模拟电压量变换为脉冲信号,该输出脉冲 信号的频率与输入电压的大小成正比。电压频率转换器也称为电压 控制振荡电路(VCO) ,简称压控振荡电路。 3 、频率频率变换器中 单稳态触发器可以用电压跟随器代替吗? (黄士礼) 答:可以,你用运放接个单稳态电路即可。只是这种由运放构成的 单稳态电路性。一般用 NE555 时基电路接个单稳态电路性能更好一 答 些。你可以用专用的压-频变换集成电路 LM331 来设计,该集成电 路采用 DIP8 脚封装,外围元件很少。 辩 4、555 计时器的工作原理(金绍模) 记 录 555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压,当 5 脚悬空时,则电压 比较器 A1 的反相输入端的电压为 2VCC /3, A2 的同相输入端的电压为 VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于 VCC /3,则比较器 A2 的输出为 1, 可使 RS 触发器置 1,使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3,同时 TR 端的电压大于 VCC /3,则 A1 的输出为 1,A2 的输出 为 0,可将 RS 触发器置 0,使输出为 0 电平。 5、.电压频率转换器的应用(李宁) 答:电压频率转换器就可实现电压和频率的相互转换,而且具有较 高的精度、线性和积分输入特性,利用它可以抑制串扰干扰。如果 将其输出的信号调制成射频信号或光脉冲,还可在不受电磁影响的 情况下进行无线或光纤等远距离通信传输。 6、单稳态触发器工作原理: (李龙) 单稳态触发器正常工作时,若未加输入负脉冲,即 Vi 保持高电平, 则单稳态触发器的输出 Vo 一定是低电平。单稳态触发器的工作过 程: (1)触发翻转阶段、 (2)暂态维持阶段(3)返回恢复阶段。 7 恒流源电路的用途: (李汉成) 12 模电课程设计 答 辩 记 录 由晶体管构成的恒流源广泛用作差动放大器公共电阻,或作为放大 电路的有源负载,偏激使用,也可作为脉冲产生电路的充放电电流。 评 学生姓名 李昂 金绍模 黄士礼 李龙 李宁 李秀龙 学号 1109141108 1109141107 1109141106 1109141110 1109141111 1109141112 分 表 评分 13

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