2025年电力系统频率与电压转换实验研究报告

频率/电压变换器试验汇报(1)本次设计函数发生器采用试验台的函数波形发生器。确定可调范围设在200Hz----(2)F/V变换采用集成块LM331构成的经典电路。通过参照书和汇报上的指导书确定(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OPO7实现，通过调整VR的大小。使输出的电压在1-5V。(5)采用+-12V电源供电。反相器反相加法器波形f=~2009+R定时比较器RTS-输入比较器①Q①脚是输出端(恒流源输出),⑥脚为输入端(输入脉冲链),⑦脚接比较电平.工作过程及工作波形如图所示：ttttt平)。此时放电管T截止，于是C由Vcc经R充电，其上电压Vct按指数规律增大。与此C再次充电。然后，又通过1.1RC的时间返回到C、C放电。后来就反复上面的过程，于是在R上就得到一种直流电压V。(这与电源的整流滤波原理类似),并且V。与输入脉冲的反复频率f成正比。当C充放电平均电流平衡时，得：式中1.90V是LM331内部的基准电压(即2脚上的电压)。于是得：对于一定的f,要使V。为一定植，可调整Rs的大小。恒流源电流I容许在10μA~500μA范围内调整，故Rs可在190kQ~3.8kQ范围内调整。一般Rs在10kQ左右取用。LM331用作FVC的电路如图5-1-3所示：由此得V。与f在几种特殊频率上的对应关系如下表所示。表5-1-1Vo和fi的关系图中f是通过微分电路470pF和10kQ加到⑥脚上的。⑥脚上规定的触发电压是脉冲方(2)反相器反相器的电路如图5-1-6所示。图5-1-6由于LM331的负载电阻RL=100kΩ(见图5-1-3),因此反相器的输入电阻应为100kQ,(3)反相加法器用反相加法器是由于它便于调整—--可以独立调整两个信号源的输出电压而不会互相影响。电路如图5-1-7所示：图5-1-7技术规定若取R₁o=Rg=20kQ,则V=-5/9V∴R₆=9kΩ,用两个18kQ电阻并联获得。平衡电阻Ri₁≈Rii//R₆//Rg=4.7kQ。图5-1-8VR=(R₈//Rg)/[Rw₂+R₇+(R₈//Rg若取R₈=1kΩ,则R₈//Rg=0.952kQRw₂用10kQ电位器。整机原理图中的C₂、Cs、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观测整机原理图有关点的波形。可在200Hz~Hz内的任一频率上观测。Vn应为直流电平≈0,幅度≈0.22Vc的正弦波。Vi₂应为直流电平≈Voc的正负脉冲。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、电压数值对的，将函数波形发生器的输入信号频率f,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Rw₆VR产生的输出应为VR。否则调整R20。固定电阻的调整可用一种靠近规定值的电阻和一种小电阻的电阻串联来实现。三：设计环节整机原理图如下所示：将其中的1C11CL8038部分换成三角波形发生器，详细参数选择如下图所示：在面包板上连接好电路后来，就行测试与调整，环节如下所示：四：测量和调整调整应遵照由前级逐层往后进行的原则。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。频率调整，波形幅度基本保持不变。A₁:2、3和6脚直流电位为零；IC₂:见Vn和Vo₁的波形；IC₃:2脚约为2V直流电位，5脚为脉冲波，周期与Vo₁相似，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V₀3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V₁波形；Vo1为单极性的正半周方波，幅度≈Vee;Vi₂应为直流电平≈Vcc的正负脉冲，IC₃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；(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f分别调到200Hz和Hz;此时正常时Vo₂=0.2V和2V左右，误差不大可合适调整Rws;不行的话，再合适调整R1₃;假如误差很大，则是有干扰，应在图中虚线处加一代码为102的电容器;假如仍然不行，则要找出原因，排除故障。Vo3=-0.2V和-2V左右，否则可合适调整R15;VR≈-0.56V,这里Rws重要是保证V。与否可以到达设计值，调整Rw使总误差在给定范围内即可；V₀=1V和5V,误差应在控制范围内，否则分别检查VR、V₀3与否符合规定。最终若总误差有点超过则可合适调整R22;固定电阻的调整可用相近标称系列电阻替代来实现。往上选增长阻值或往下选减少阻值。附录(多种此前未曾使用过的试验器材)为了正确使用集成运放，就必须了解它的主要参数指标。集成运放的各项指标通常是由专用仪器进行测试的，下面以集成运放μA741(或F007)为例，介绍一种简易的测试方法。集成运放μA741(或F007)的引脚排列如图12.11所示，它是八脚双列直插式元件，②脚和③脚分别为反相和同相输入端，⑥脚为输出端，⑦脚和④脚为正、负电源端，①脚和⑤脚为失调调零端，①⑤脚之间可接入一只几十千欧的电位器并将滑动触头接到负电源端。⑧脚为空脚。(1)输入失调电压Uos失调电压测试电路如图12.12所示。闭合开关K₁及K₂,使电阻Rg短接，测量实际测出的Uo₁可能为正，也可能为负，一般为1～5mV,对于高质量的运放(2)输入失调电流Ios输入失调电流的大小反映了运放内部差动输入级两个晶电阻Rg接入时的输出电压Uoz,若从中扣除输入失调电压U₀s的影响，则输入失调电流Ios为：一般，I₀s约为几十至几百nA(10⁻⁹A),高质量运放Ios低于1nA。电压比较器LM311LM311电压比较器可从单电源5V起工作最大输入电流为250nA最大失调电流为50nA差动输入电压范围为±30V最大额定值总电源电压(V 输入电压输入电压眼用图和A应用中的们出喘连律址罚TQ-5H算面平两平衡/选道t.6墙连佳时装城座t.6墙连佳时装城座画画民10秒LM331是美国NS公司生产的性能价格比较高的集成芯片，可用作精密频率电压转换器、A/D转换器、线性频率调制解调、长时间积分器及其采用了新的温度补偿能隙基准电路，在整个工作温度范围内和低到4.0V电源电压下都有极高的精度。LM331的动态范围宽，可达100dB;线性度好，最大非线性失真小于0.01%,工作频率低到0.1Hz时尚有较好的线性；变换精度高，数字分辨率可达12位；外接电路简单，只需接入几个外部元件就可方便构成V/F或F/V等变换电路，中的干扰脉冲，有利于提高转换精度。2.2频率-电压变换器由LN331构成的频率-电压转换电路如图4所示，输入脉冲f:经R1、C1组成的微分电路加到输入比较器的反相输入端。输入比较器的同相输入端经电阻R2、R3分压而加有约2Vcc/3的直流电压，反相输入端经电阻R1加有Vcc的直流电压。当输入脉冲的下降沿到来时，经微分电路R1、C1产生一负尖脉冲叠加到反相输入端的Vcc上，当负向尖脉冲大于Vcc/3时，输入比较器输出高电平使触发器置位，此时电流开关打向右边，电流源I.对电容C充电，同时因复零晶体管截止而使电源Vcc通过电阻R对电容C.充电。当电容C两端电压达到2Vcc/3时，定时比较器输出高电平使触发器复位，此时电流开关打向左边，电容C通过电阻R放电，同时，复零晶体管导通，定时电容C.迅速放电，完成一次充放电过程。此后，每当输入脉冲的下降沿到来时，电路重复上述的工作过程。从前面的分析可知，电容C的充电时间由定时电路R:、C.决定，充电电流的大小由电流源IR决定，输入脉冲的频率越高，电容C上积累的电荷就越多输出电压(电容C两端的电压)就越高，实现了频率-电压的变换。按照前面推导V/F表达式的方法，可得到输出电压V。与f:的关系为：电容C1的选择不宜太小，要保证输入脉冲经微分后有足够的幅度来触发输入比较器，但电容C1小些有利于提高转换电路的抗干扰能力。电阻R和当输入脉冲频率变化时，输出响应会快些。这些因素在实际运用时要综合考集成运算放大