电压频率转换器.docx

1、、/洲出）*次Guangdong University of Petrochemical Technology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 日同学也做出了指导，每位同学都能认真对待，所以我觉得这次课程设计还是很 有意义的。七、参考文献模拟电子技术及应用李继凯编著电子技术课程设计指导电压/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5为直流电压(控制信号)，输出频率 为/o的矩形脉冲

2、，且儿XUI O(2) ui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，我徒如下:1、电压/频率变换器的输入信号频率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

3、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o,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

4、，与+/T5V电 源构成恒流源电路，三极管的集电极电流为恒定电流。当VI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VI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得到矩形脉冲。四、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Rl, R2, R91N4735A20K3R3, RIO1N4735AIOK2R41N4735A22K1R51N4735A43.5K1R61N4735A4.7K1R71N4735A100K1R81N4735A6.21U21QI、Q22N33902D6LM285-2V51UILM3241

5、DI 至 D5DIODE5C1CAP25nf1C2CAPInf1C3CAPlOnf1五、安装与调试根据题目要求结合电路图，输入与输出关系Viocft）,题目要求输入电压的范围 为010V,而输出频率要求为010KHZ,所以该VFC电路需有lkhz/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（l/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=l.lR9*C3,选取R9为45.4k,C3为lOOOp, 确定充电时间约为

6、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 C l=0.025uf, Rl=20K。积分器相关计算：首先假设电容正向充电占总脉冲的0. 5当输入端输入电压为IV时，整个积分电路输出端的输出电压变化差值为IV,则由积分电路公式w0=-可得：-1V=一一 *1V*O. 5*TRC其中 T=l/f=l. 0*10 由可得：RCi=O. 5*103 -令 Cl=0.025Uf,现电路中 R5*0. 025uF=0. 5*10当 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

7、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lOKhz的方波,Tw=T/2=l/10000=0. 05ms,而 Tw=RCln3=L IRC,取 C2=1000Pf,可求出 R1 约为 45.4 千欧.仿真效果：Vi=+lV 时Vi=+2V 时VH-+3V 耳底斗用rassT". ooms 渲蓉横 淀 FT 一冬.oomsn 一 OOOHZ电压Vi(V)12345678910周期 T(us)1000500333.98250.02200.76167.90144.17125.92111.32100.38频率F(Hz)100020002994.193999.684981

8、.075955.936936.267941.558983.119962.14六、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 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，基木思路有了 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

9、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。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，对模电乂有了进一步的认识，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