电压频率转换器

1、课程设计说明书课程名称： 模拟电子技术课程设计 题 目： 电压频率转换器 学生姓名： 专 业： 班 级： 学 号： 指导教师： 日 期： 年 月 日 电压/频率变换器一、设计任务与要求说明：电压/频率变换电路实质上是一种振荡频率随外加控制电压变化的振荡器。主要技术指标与要求：（1）设计一种电压/频率变换电路，输入I为直流电压（控制信号），输出频率为O的矩形脉冲，且I 。（2）I变化范围：010V。（3）O变化范围：010kHz（4）转换精度1% 。二、方案设计与论证 可知电路有积分器，单稳态触发器，电子开关和恒流源电路组成，狂徒如下：电子开关单稳态触发器积分器恒流源电路1、电压/频率变换器的输

2、入信号频率f。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。2、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。三、单元电路设计与参数计算1、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。具体电路如下：2、单稳态触发器设计:单

3、稳态触发器采用555定时器构成的单稳电路。具体电路如下：3、电子开关设计电子开关采用开关三极管接成反向器形式，当触发器的输出为高电平时，三极管饱和导通，输出近似为0，当触发器输出为低电平时，三极管截止，输出近似等于+VCC.4、恒流源电路设计恒流源电路可采用开关三极管 ，稳压二极管Dz 等元件构成。 具体电路如下所示。R2/D1/D5给三极管提供基极偏置，R1提供射极偏置，与+/-15V电源构成恒流源电路，三极管的集电极电流为恒定电流。当V1为低电平D2,D3截止，D4导通，所以积分电容通过三极管放电。当 V1为 高电平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

4、得到矩形脉冲。4、 总原理图及元器件清单1 总原理图2元件清单元件序号型号主要参数 数量备注R1，R2，R91N4735A 20K 3R3，R101N4735A 10K 2R41N4735A 22K 1R51N4735A 43.5K 1R61N4735A 4.7K 1R71N4735A 100K 1R81N4735A 6.2 1U2 1 Q1、Q22N3390 2D6LM285-2V5 1U1LM324 1D1至D5DIODE 5C1CAP25nf 1C2CAP1nf 1C3CAP10nf 1 5、 安装与调试根据题目要求结合电路图，输入与输出关系Vif0，题目要求输入电压的范围为010V，而

5、输出频率要求为010KHZ，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=1.1R9*C3,选取R9为45.4k,C3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C1=0.025uf，R1=20K。积分器相关计算：首先假设电容正向充电占总脉冲的

6、0.5当输入端输入电压为1V时，整个积分电路输出端的输出电压变化差值为1V，则由积分电路公式可得：-1V=*1V*0.5*T 其中T=1/f=1.0*10-3,由可得：RC1=0.5*10-3，令C1=0.025Uf,现电路中R5*0.025uF=0.5*10-3，符合计算得到的结果：R5=20千欧。单稳态触发器相关计算：输出脉冲的宽度Tw等于暂稳态的持续时间,而暂稳态的持续时间长短又取决于定时元件R和C的大小.要输出10Khz的方波,Tw=T/2=1/10000=0.05ms,而Tw=RCln3=1.1RC，取C2=1000Pf,可求出R1约为45.4千欧.仿真效果：Vi=+1V时 Vi=+

7、2V时Vi=+3V时当电压为+1V时 一个周期 T=1.00ms 则频率F1=1/T 则F1=1s/1.00ms=1000Hz电压Vi（V） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10周期T(us)1000 500333.98250.02200.76167.90144.17125.92111.32100.38频率F(Hz)100020002994.193999.684981.075955.936936.267941.558983.119962.146、 结论与心得 经过一周的模电课程设计，我选的题目是电压频率转换器，在中期汇报之前我看了模电课本课电子课程设计指导，上面有我们的选题基本原理知道以后

8、便有了思路，然后借助百度的强大功能看了看网友是如何做的，基本思路有了之后我就可是设计电路图。 我的设计主要包括四个部分，积分器，单稳态触发器，电子开关还有恒流源电路。我使用的是protues绘图以及仿真软件，但由于平时比较懒惰，用的比较少，很多功能都不会，非常的生疏，遇到不少问题，不过通过同学的帮助让我懂得了这次设计所要用到的功能。这使我明白平时积累的重要性，让我知道平常应该多弄弄这些软件，不能等到必须用到才去学习它，以后我一定要注意这些方面的积累。经过一天的时间终于把原理图画好了，但是在仿真中出现了不少的问题，幸好我这个选题有四个人一样的，这样我可以向其他同学借鉴学习，这样少走了很多的弯路。

9、在电路图设计的过程中也遇到了很多的问题，软件很长时间没有使用很多元器件找不到，这样使我不得不花费一些时间来问度娘，四个模块的摆放位置也要合理这样才能看起来简单美观，等原理图画好了以后就开始调试了，但是对模拟示波器发比较生疏，波形的观察还有周期的测量带来了很多的不便，但是这些问题总归还是要解决的通过对RC器件的不断调试才能得到比较准确的数据，最终确定C1为25nF时候周期的测量值与理论值比较接近，还有对电阻也进行了更改将R5的43欧姆改为43.5的时候这样就更加的准确了，这样把RC电路的值搞好以后，便开始更改电压值测量对应的周期值，测量完了以后就应用公式计算对应的频率值，结果还是比较的理想的，跟理论值相差不多，在误差范围内。 通过这次课程设计，对模电又有了进一步的认识，对这个仿真软件也有了熟练的应用，总的来说还是有好的认识，课程设计还是学到了很多的东西，对一些器件也有了新的认识，也重新翻开了以前的课本，对模电知识也算做了一个粗略的温习，同学们彼此也很热心的帮助解决各种难题