电压频率变换器03

1、辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 模拟电子技术基础模拟电子技术基础课程设计（论文）课程设计（论文） 题目：题目：电压电压/频率变换器频率变换器 院（系）：院（系）： 电气工程学院电气工程学院 专业班级：专业班级： 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： （签字） 起止时间：起止时间： 2014.6.30-2014.7.112014.6.30-2014.7.11 本科生课程设计（论文） III 课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电气工程学院 教研室： 电子信息工程 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算 学 号学生姓名专

2、业班级 课程设计 （论文） 题目 电压电压/频率变换器频率变换器 课程设计（论文）任务 设计参数：设计参数： （1）设计一种振荡频率随外加控制电压变化的振荡器。 （2）设计放大器所需的直流稳压电源。 （3）电压/频率变换器输入 Vi为直流电压（控制信号） ，输出频率为 f0的矩形 脉冲，且。vif 0 （4）Vi 变化范围：010。 （3）f0变化范围：010kHz。 （4）转换精度1%。 设计要求：设计要求： 1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用 环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。 2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先

3、进性、结构的繁简、 成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方 案。 3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个 设计。 4 .组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进 右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。 进度计划 第 1 天：集中学习；第 2 天：收集资料；第 3 天：方案论证；第 4 天：选择器 件进行单元电路设计；第 5 天：单元电路设计及仿真；第 6 天：整体电路设计 并仿真；第 7 天：电路焊接制板；第 8 天：焊接调试；第 9 天：完善设计；第 10 天：答辩。 指导教师评语及成绩 平时： 论文

4、质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日 本科生课程设计（论文） IV 摘 要 本实验是对信号的产生、处理及变换功能电路的设计，在实际生产和操作中 有这应用广泛。本设计是主要针对的是模拟电子技术课程的设计，具有可操作性 和应用性，学生能够独立完成。电路信号的转换已经在电子领域中广泛应用，如： 采样/保持（S/H）电路、电压比较电路、V/f（电压/频率）变换器、f/V（频率/ 电压）转换器、V/I（电压/电流）转换器、I/V（电流/电压）转换器、A/D（模/ 数）转换器、D/A（数/模）转换器等。可以从本实验中学习到更多的电路设计的 方法，激发学生的设计兴趣和激情，为以后的学习和工作

5、打下良好大的基础。 关键词：电压比较电路；v/f；f/v；电路设计 本科生课程设计（论文） V 目 录 第 1 章 绪论 .1 1.1 电压频率变换器概况 .1 1.2 本文研究内容 .1 第 2 章 电压频率变换器电路设计 .2 2.1 电压频率变换器总体设计方案 .2 2.2 具体电路设计 .3 2.2.1 积分运算电路设计.3 2.2.2 滞回电压比较器电路设计.4 2.2.3 总电路设计.5 2.2.4 直流稳压电源电路设计.5 2.3 元器件型号选择 .6 2.4 MULTISIM仿真、数据分析.6 第 3 章 课程设计总结 .11 参考文献 .12 元器件清单 .13 本科生课程设

6、计（论文） 1 第 1 章 绪论 1.1 电压频率变换器概况 电压频率变换器实质上是一种振荡频率随外加控制变换器。其主要是通过输 入电压控制输出频率，电压/频率变换电路的输出信号频率 fo 与输入电压 Ui 成 正比，所以在调频，锁扣，和模/数变换等许多领域中，得到了非常广泛的应用， 电压/频率变换电路中的主要部分已经能集成在一块硅片上，这就为它的广泛应 用创造了有利条件。压控振荡器的应用十分广泛，若用方波作为控制电压，压控 振荡器就是双频振荡器，能交替输出两种频率的波型，若用正弦交流电压作为控 制电压，压控振荡器就成了调频振荡器，能输出抗干扰能力很强的调频波，上述 各类信号波形以应用于各种智

7、能测试设备和自动控制系统中。电压频率变换器还 具有精度高，线性度高，温度系数低，功耗低，动态范围宽的一系列优点。 1.2 本文研究内容 （1）设计一种振荡频率随外加控制电压变化的振荡器。 （2）设计放大器所需的直流稳压电源。 （3）电压/频率变换器输入 Vi为直流电压（控制信号） ，输出频率为 f0的矩形脉 冲，且。vif 0 （4）Vi 变化范围：010。 （5）f0变化范围：010kHz。 （6）转换精度tp，电容缓慢充电， 其上的电压在整个脉冲持续时间内缓慢增长，当还未增长到趋于稳定值时，脉冲 已告终止（t=t1） 。以后电容经电阻缓慢放电，电容上电压也缓慢衰减。在输出端 输出一个锯齿波

8、电压。时间常数 越大，充放电越是缓慢，所得锯齿波电压的 线性也就越好。从波形上看，u2 是对 u1 积分的结果。因此这种电路称为积分电 路。在脉冲电路中，可应用积分电路把矩形脉冲变换为锯齿波电压，作扫描等用。 本科生课程设计（论文） 4 图 2-3 积分运算电路 其中 R f 是为了防止集成运放饱和。运算关系：U o = 1/RCUi d t 设置 R = 10 k C = 1F。积分运算电路图如图 2-3 所示 2.2.2 滞回电压比较器电路设计 它是从输出引一个电阻分压支路到同相输入端。由电路有输出电压 Uo=Uz。滞回电压比较器电路图如图 2-4 所示： 图 2-4 滞回比较器 2.2.

9、3 总电路设计 利用输入电压的大小改变电容器的充电速度，从而改变振荡电路的振荡频率， 可以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，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 电到某一定值时，电容再次充电。所以，输出脉冲信号的频率决定于电容的充放 电速度，即决定于 vi 值的大小，从而就实现电压/频率变换。 本科生课程设计（论文） 5 总电路电路图如图 2-5 所示： 图 2-5 总电路图 2.2.4 直流稳压电源电路设计 图 2-6 直流稳压电源电路 2.3 元器件型号选择 电路由 MULTISIM 软件仿真，运算放大器采用 741 运放

10、 741 采用双电源供电， 同相端加输入电塔，6 口输出。 其中 R f 是为了防止集成运放饱和。运算关系：U o = 1/RCUi d t 设置 R = 10 k C = 1F。 2.4 Multisim 仿真、数据分析 1.电压频率转换电路数据处理 本科生课程设计（论文） 6 由公式 f=R2*Ui/2R1*Rw*C*Uz Ui=1v 时 测量值 f=781，真实值 f=806，相对误差 3.10% 本科生课程设计（论文） 7 Ui=3v 时 测量值 f=2388，真实值 f=2419，相对误差 1.28% 本科生课程设计（论文） 8 当 Ui=5v 时 测量值 f=3985，真实值 f=

11、4032，相对误差 1.17% 本科生课程设计（论文） 9 当 Ui=7v 时 测量值 f=5452，真实值 f=5645，相对误差 3.42% 本科生课程设计（论文） 10 当 Ui=9v 时 测量值 f=7186，真实值 f=7252，相对误差 0.91% 2.误差分析 1）集成块不是理想的集成块。 2）电子元器件存在缺陷，不是标准数值，如电阻电容不理想。 3）电路中的连线不理想有电阻，使实验存在误差。 4）直流电源不是标准的正负 12v。 5）参数设计不是标准的。 6）信号源带载能力差。 本科生课程设计（论文） 11 2.5 实物图 本科生课程设计（论文） 12 第 3 章 课程设计总结

12、 通过此次模电电荷平衡式电压频率转换电路课程设计，加强了我对模拟电子技术 这门课程的理解，对其应用有了一定的认识，提高了我们综合运用知识的能以及 分析问题、解决问题的能力。此次模拟电子技术课程设计，让我懂得了实践的重 要性。我们感觉自己的水平还是有待提高。我们有很多的灵感和创意非常好，但 技术上却无法将它变成实物变成画面呈现在观众面前。这就很痛苦，技术上的不 足大大的影响了作品的效果。就像我们原来想画一个浑身毛发金光闪闪的狮子， 但最终出来的却是一个看似病怏怏的黄猫。经常说创意大于技术，对，但如果没 有技术，再好的创意也是纸上谈兵，毫无用处。我们是技术型人才，丢到剧组里 也是个工兵，除非你有导

13、演的思想，否则以你的身份那就毫无用处。再说导演也 要先了解技术，才能更好的统筹调度。这次课程设计恰好是将课本知识与的巩固 与综合运用结合来，再加上实际动手能力的培养三者结合起来的。一方面，它加 深与巩固了所学的各章节的理论，并将其综合运用，提高了我们综合运用知识的 能力；另一方面，培养了我们对专业知识学习的趣。课程设计中出现了很多问题。 比如说设计原理图时，必须懂得电荷平衡式电压频率转换电路的工作原理。电路 设计过程及参数确定比较烦琐，我在算时会遇到很多问题，有时实在算不出来了 就想放弃，但很快自己会意识到那是一种错误的想法，所以自己会给自己鼓劲继 续往下进行，当算到最后时便会有很大的成就感，这强烈的激起了我学习的兴趣， 我想这次课程设计对我以后的专业课程学习将有很大帮助。一开始我们用的稳压 管稳压值偏大，导致了实验结果波形不稳定，最后经过我们的仔细研究与讨论把 问题解决了，成功的完成了这次实验设计 本科生课程设计（论文） 13 参考文献 1 康华光主编.电子技术基础（模拟部分）.第五版.北京：高等教育出版社, 2005. 2 华成英主编.模拟电子技术基本教程. 北京：清华大学出版社，2009.8. 3 李杰等编著.电子技术基础.北京：清华大学出版社，