电压频率转换电路设计报告

评语:成绩:课程设计报告书课程名称：电子技术课程设计题 冃：电压/频率转换电路的设计系（院）：电子工程学院学期：200920102专业班级：电子科学技术专业081班姓名：陈大伟学号： 030831122签名:日期:目录2. 引言3. 系统设计原理内容及要求3.1设计目的3.2设计要求3.3系统设计原理及内容3.3.1设计思想3.3.2电压/频率转换器原理框图3.3.3各模块方案设计1. 积分器的设计方案2. 比较器的设计方案3. 单稳态触发器设计方案4. 低通滤波器设计方案3.3.4模块的整合4元件清单5. 心得体会6. 参考文献1题目 电压/频率转换电路的设计2引言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 有这广泛的应用。本设计是在大二学生学习完电路、电子线路（线性部分） 信号与系统等专业课程之后进行的，具有可操作性和应用性，学生能够独立 完成。电路信号的转换己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）转换器、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打下良好大的基础。3系统设计原理内容及要求3.1设计目的（1）、熟悉和应用比较器的构成及设计方法，尤其是迟滞比较器的应用。（2）、熟悉和应用积分器的构成和设计方法，了解电容在其中的工作原理。（3）、熟悉和简单应用二极管作电子开关的构成和设计方法。（4）、熟悉迟滞比较器与积分器之间的波形转换。（5）、熟悉掌握运用multisim画图、调试和仿真。3.2设计要求（1）、设计一个将直流电压转换成给定频率的矩形波，包括：积分器；电压 比较器。（2）、输入为直流电压010V（3）、输出为f二0500Hz的矩形波。3.3系统设计原理及内容3.3.1设计思想电压/频率转换器的输出信号fO与输入电压V的大小成正比，输入控制电压 为直流电压。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震荡频率， 故可以采用积分器作为输入电路。积分器的输入信号去控制电压比较器，从电压 比较器6号引脚输出为矩形脉冲信号，从积分器的6号引脚输出为三角波信号，两者频率相同。将输出信号的电平通过回路，反馈到积分器，控制积分电容放电, 同时运用二极管的单向导电性，做成电子开关，当积分器的电容放电到一点数值 时，开关二极管作用，电源给电容充电。这样就构成了一个电容反复充电、放电 的过程，电路震荡产生波形，并且输入电压的大小决定了电容的充放电的速度, 从而进行输出波形频率的改变，达到设计目的。3.3.2电压/频率转换器原理框图如下，图1、2：比较 踽 foK电压/频率变换电路的原理框图过零 比较 器图1单稳低通O态触滤波 发器器频率/电压变换电路的原理框图图23.3.3各模块方案设计1. 积分器的设计方案基本设计方案如下方截图3图3积分电路是实现波形变换、滤波等信号处理功能的基本电路，它可以将周 期性的方波电压变换为三角波电压。当T导通时，积分电路的等效电路如图4所示，集成运放A同相输出端的 电位为% =2比=比p R3+R43反相输入端电位UN1 = upl o积分电路的输出电压为Uol=- 也一4)+11。1山)I 3 丿当T截止时，积分电路的等效电路如图5所示，Upl、Uni不变，仍为山/3。积分电路的输出电压为 ( 、2 比较器的设计方案电压比较器基本设计方案如下方图6比较器的输出电压通过反馈网络加到同相输入端，形成正反馈，待比电压 VI较加在反相输入端。比较器虽然有闭合环路，但由于该环路引入的是正反馈, 电路增益更高，运放依然属于开环工作。在实际运用中，利用迟滞特性可以有效 地克服噪声和干扰的影响。例如，在过零检测器中，若是如正弦电压上叠加噪声 和干扰，则由于零值附近多次过零，输出就会出现错误阶跃。采用迟滞比较器，只要噪声和干扰的大小在迟滞宽度内，就不会引起错误的阶跃。A2构成的是反相输入的滞回比较器，其输出电压Uo决定于由R7和稳压管Dz组成的限幅电路，输出高电半UH = P2 = W，输出低电平Uql=-U2=6V,阈值电压U/为土Ug =冬Uz，当Rw的滑动兀 + & + Rv端在最左端时，土Um=3V；当滑动端在左右端时，土Um=2.4V。D102BZ2.2D2 02BZ2.2图7过零比较器的工作原理是将输入信号与0V地电压进比较来判定输出是高 电平还是低电平，例如反相输入端输入的过零比较器在输入正弦信号时，在正弦 波的正半周时输出为低电平，而在正弦波的负半周时输出为高电平。这样就把正 弦波变成矩形波了，当然它还可以将三角波等波形变换为矩形波。3.单稳态触发器基本设计方案如下方图8图81. 单稳态触发器只有一个稳定状态，一个暂稳态。2. 在外加脉冲的作用下，单稳态触发器可以从一个稳定状态翻转到一 个暂稳态。3. 由于电路中RC延时环节的作用，该暂态维持一段时间乂回到原來 的稳态，暂稳态维持的时间取决于RC的参数值。4 低通滤波器基本设计方案如下方图9C1对于不同滤波器而言，每个频率的信号的减弱程度不同。当使用在音频应 用时，它有时被称为高频剪切滤波器，或高音消除滤波器。低通滤波器概念有许 多不同的形式，其中包括电子线路(如音频设备中使用的liiss滤波器、平滑数 据的数字算法、音障(acoustic baiTiers)、图像模糊处理等等，这两个匸具都通过 剔除短期波动、保留长期发展趋势提供了信号的平滑形式。低通滤波器在信号处 理中的作用等同于其它领域如金融领域中移动平均数(moving average)所起的作 用；低通滤波器有很多种，其中，最通用的就是巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波 器。3.3.4模块的整合电压/频率如图10所示为电压/频率转换电路。功能是将直流电压转换成频率与其幅 值成正比的矩形波，即用输出矩形波的频來表示输入直流电压的大小，故电路完 成了模拟量到数字量的转换。由于输出电压频率收到输入直流电压的控制，故也 称之为压控振荡器。频率/电压如图11vcc4.元件清单各种电阻、电容、UA741CD、LM555CM等等12V直流电源5. 心得体会通过这次的课程设计，加强了我的动手能力，提高了我的运用知识解决问题 的能力。在本次课程设计中我做的题目是：电压/频率转换电路的设计。在整个 方案设计中，我运用了模拟电子的相关知识，包括：积分器、迟滞比较器等模块 电路。在选择元件方面，我使用了两个NJM系列的集成芯片、稳压管以及具有单 向导通性的晶体二极管，从中我学到了挑选元件的方法和元件的合理构架等书本 上没有的知识。纸上得來终觉浅，绝知此事要躬行。没有知识是从天而降的，没有获得不需 要付出。是的，我这学期学习了电子线路（线性部分）的知识，但是知识繁 多，在课堂上不能一一弄懂、弄精，这一次的课程设计给了我机会，让我更加深 刻的对模电知识有了深刻的学习和认识。在我拿到题目时，当时我觉得这题目很 简单，没有什么大不了的，不就是一个电压/频率的转换器带电路嘛，还能难住 我？但在这两个星期的设计过程中，我面红耳赤，惭愧的无地自容，刚开始我连 积分器如何使用，如何与比较器进行耦合构成压控振荡器的这样的知识都不了 解！再后來我静下心來决定好好的学习学习，亡羊补牢，为时不晚啊。我去了图 书馆进行资料的查阅，整整一天什么事都没有做就在图书馆四楼理工阅览室查阅 资料。随着我研究、思考的深入，对不明白的原理和方法渐渐的弄清楚之后，我 开始了电路图的设计，心理不免有点小小的成就感。可在设计的过程中有出现了 新的问题：能够设计出无源的方波振荡器，可就是如何加入电源，使之成为一个 压控振荡器呢！我乂一次的进入了迷茫之中继续图书馆查阅资料，随着思考的越來越深入，突然在一天午觉时，终于有 了顿悟：对，做一个开关，导通时电容放电，不导通时，电容充电，而电容的充 电速度的快慢将直接控制输出方波的频率的改变，同时电容的充电速度直接由外 接电源來解决！想到这里，我的整个设计思路和框图己经完全出來，7J事具备就 欠东风啦！我无比的兴奋、激动，为我自己感到高兴，成就感油然而生接下來就进入了电路图的绘制阶段，值得庆幸的是在这次课程设计之前，我 就已经学会了使用电子绘图和仿真软件multisimo在绘图和仿真阶段，进行的 相当的顺利，对电阻和电容数值的调试也是很顺利的。设计过程如一条蜿蜒曲折的小径，你永远不知道下一个拐弯后有什么等待这 你。这一次的课程设计的全过程，让我体会到的是设计的艰辛，但更多的是在设 计过程中发现问题、解决问题的喜悦，我开始越來越喜欢上电子设计了。6. 参考文献1谢嘉奎主编，电子线路线性部分（第四版）,高等教育出版社，19992翁飞兵陈棣湘主编，电子技术实践教程,国防科技大学出版社,2003【3】毕满清主编，电子技术实验与课程设计，机械工业出版社，20064何光明主编，电子技术基础（模拟部分），清华大学出版社, 【5】李万臣主编， 模拟电子技术基础 设计仿真编程与实践, 滨工业大学出版社，20056 彭介华主编，电子技术课程设计指导，高等教育出版社,2004哈尔199619857 编写委员会，中国集成电路大全，国防工业出版社，