电压频率转化器

精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 20122013学年 第 二 学期 模拟电子技术 课 程 设 计 报 告题 目： 电压/频率转换器 专 业： 电子信息工程 班 级： 一班 姓 名： 鲍家明、陈文、董彬彬、耿王鑫、李小飞、凌志、石大热、王劲松 指导教师： 倪 琳 电气工程系2011年6月5日1、任务书课题名称指导教师（职称） 执行时间 学年第 学期 第 周学生姓名学号承担任务鲍家明11109121001积分器设计 陈 文1109121003积分器设计耿王鑫1109121011单稳态触发器设计李小飞1109121018单稳态触发器设计凌 志1109121020恒流电路设计石大热1109121026恒流电路设计王劲松1109121034电子开关设计董彬彬1109121006电路的仿真设计目的1、掌握电压/频率变换器的设计方法；2、熟悉集成运放的应用。设计要求1、技术指标：设计一个电压/频率变换电路，其主要技术指标如下：（1）输出直流VI，输出额定频率为fo的矩形波，且foVI；（2）VI变化范围：012V；（3）fo变化范围：010KHz；目录摘要3前言4第一章、设计思路及原理框图的设计51、设计思路52、原理框图53、电路图5第二章、电压频率转换器各模块设计71、积分器的设计73、电子开关设计84、恒流源电路设计8第三章、理论计算101、元件主要参数如下102、基本计算10第四章、电路的仿真111、输入电压为1V时112、输入电压为5V时113、输入电压为10V时12第五章、结束语131、收获与体会13摘要设计高精度电压转换器，可以利用LM324运算放大器与555定时器为核心器件的高精度线性电压频率转换器。整个电路主要是由稳定电压源模块、信号输入模块、恒流源模块、输入信号变换模块、以555定时器为核心的压频转换模块等5个模块组成的。本设计方案温漂小、抗干扰能力强、价格便宜、线性度较好、而且变换精度高。关键词：555定时器；线性；电压频率转换前言电压频率转换器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。随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。随着现代电子技术渐渐的向着大规模的数字集成电路发展，面对大量的连续变化模拟量例如幅度的变化。难以对其直接分析，但可以先将模拟量转换成数字量，再在研究中都对数字信号（0和1）的直接处理分析的方法，这就需要将信号由模拟到数字进行变换。而本设计高精度电压转换器既：电压频率转换。其过程即实现了由模拟量到数字量的转换。 在进行数模转换过程中，可以应用的芯片很多，如AD0809、AD574A、LM331等都可以实现数模转换。但人们发现芯片一般输出都是并行输出（独立、同时、同步），但一般的电路对信号的处理都是串行的。但运用电压转换为频率就解决了数模的转换，同时又可以输出串行信号，几乎完全可以替代AD芯片的作用。另外相对于电压，一个信号的频率更为稳定。大家发现通过讲电压先转换为频率，再测量其频率值，从而即可得到电压的幅度值。所以在测量中不管信号的幅度值有多大，都可以只考虑其转换后所得到的较之更为稳定的频率来代替直接对信号的分析，这样得到的结果精度会更高。第一章、设计思路及原理框图的设计1、设计思路 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。 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2、原理框图3、电路图第二章、电压频率转换器各模块设计1、积分器的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 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，所以积分电容通过二极管 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第三章、理论计算1、元件主要参数如下2、基本计算 根据题目要求结合电路图，输入与输出关系 Vif0，题目要求输入电压范围为112V，而输出频率要求为 110KHZ，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，当电压降至触发器的触发电平（1/3Vcc），555 置位，输 出 高 电 平，使得积分电容通过恒流源反向充电； 当电容C2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=1.1*R9*C3,选取 R9 为 43k,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，由于积分电路Uo=(-Ui/R1*C1)t,从而确定 C1=0.1uf，R1=20K。第四章、电路的仿真1、输入电压为1V时2、输入电压为5V时3、输入电压为10V时第五章、结束语1、收获与体会两周的课程设计，相较于之前所作的数电课程设计，此次更增加了自己的动手实践能力。理论与实践还是有一定的差距的，在理论上不管多精确的数据，一旦用于实际中，就不得不考虑其仪器，器件的误差，以及自己操作上的能力。而且，比起以往只要照着电路连线做实验，这次更添加了自己的思考，该选择怎样的电阻，电容，想要修改最后的输出，应该在什么地方做改变。虽然是一些很基础的东西，但仅仅是书上的理论学习，会让人对知识遗忘得比较快，相反，通过自己动手实践过的东西，会更加记忆深刻。看着自己连接出来的电路，并且系统是活的。【参考文献】模拟电子技术基础 华成英 童诗白 主编 清华大学电子学教研组 编答辩记录及评分表课题名称电压/频率转换器答辩教师（职称）倪 琳 答辩时间20122013 学年第 二 学期 第 15 周答辩记录1、由电压的变化怎样得到的频率变化?答：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，2、积分器作为输入电路是怎样起的作用?答：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。3、电子开关为什么采用三极管的形式?答：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,从而由不同的输入来影响输出.4、输出波形极其宽,无论怎么改变输入信号频率几乎不变的原因是什么?答：反向积分电路的电容取值过大,使得充电时间过长导致的. 评 分 表学生姓名学号评分鲍家明1109121001陈文1109121003董彬彬1109121006耿王鑫1109121011李小飞1109121018凌志1109121020石大热1109121026王劲松1109121034【精品文档】第 5 页