電壓頻率變換器設(shè)計

1、機(jī)械與電子工程學(xué)院課程設(shè)計報告課 程 名 稱 模擬電子技術(shù)課程設(shè)計 設(shè) 計 題 目 電壓頻率變換器 所學(xué)專業(yè)名稱 電 氣 信 息 類 班 級 電類114班 學(xué) 號 * 學(xué) 生 姓 名 王*金 指 導(dǎo) 教 師 汪 * 2012年12月 23日機(jī)電學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計任 務(wù) 書設(shè)計名稱： 電 壓 頻 率 轉(zhuǎn) 換 器 學(xué)生姓名： 王*金 指導(dǎo)教師： 汪 * 起止時間：自 2012 年 12 月 10 日起 至 2012 年 12 月 25 日止一、課程設(shè)計目的1).熟悉集成電路及有關(guān)電子元器件的使用;2).了解電壓平頻率轉(zhuǎn)換器主體電路的組成及工作原理;3).學(xué)習(xí)電路中基本電路的應(yīng)用以及單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)

2、器等綜合應(yīng)用。二、課程設(shè)計任務(wù)和基本要求設(shè)計任務(wù)：1）.熟悉和應(yīng)用比較器的構(gòu)成及設(shè)計方法，尤其是遲滯比較器的應(yīng)用。2）.熟悉和應(yīng)用積分器的構(gòu)成和設(shè)計方法，了解電容在其中的工作原理。3）.熟悉和簡單應(yīng)用二極管作電子開關(guān)的構(gòu)成和設(shè)計方法。4）.熟悉遲滯比較器與積分器之間的波形轉(zhuǎn)換。5）.熟悉掌握運用multisim畫圖、調(diào)試和仿真?；疽螅?).有明確的設(shè)計方案使操作簡便易行。2）.設(shè)計一個將直流電壓轉(zhuǎn)換成給定頻率的矩形波，包括：積分器；電壓比較器。3）.輸入為直流電壓0-10V。4）.輸出為f=0-500Hz的矩形波。5).按規(guī)定格式寫出課程設(shè)計報告書。機(jī)電學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)老師評價

3、表院（部）機(jī)電學(xué)院年級專業(yè)電類114學(xué)生姓名王*金學(xué)生學(xué)號*題 目電壓頻率變換器一、 指導(dǎo)老師評語指導(dǎo)老師簽名： 年 月 日 二、 成績評定指導(dǎo)老師簽名： 年 月 日 目錄摘要和關(guān)鍵詞1第一章 設(shè)計指標(biāo)31.1 設(shè)計指標(biāo)3u 1.1.1設(shè)計內(nèi)容3u 1.1.2設(shè)計要求3第二章 系統(tǒng)設(shè)計原理及內(nèi)容32.1 設(shè)計思想3電壓/頻率轉(zhuǎn)換器原理框3第三章 電路各模塊方案設(shè)計43.1 積分器的設(shè)計方案43.2比較器的設(shè)計方案5u 3.2.1電壓比較器5u 3.2.2過零比較器63.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器73.4低通濾波器73.5模塊的整合8u 3.5.1 電壓/頻率8u 3.5.2 頻率/電壓8第四章 結(jié)束語94

4、.1心得體會9元件清單10參考文獻(xiàn)10摘要和關(guān)鍵詞摘要：本實驗是對信號的產(chǎn)生、處理及變換功能電路的設(shè)計，在實際生產(chǎn)和操作中有這廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計是在大二學(xué)生學(xué)習(xí)完電路、電子線路（線性部分）信號與系統(tǒng)等專業(yè)課程之后進(jìn)行的，具有可操作性和應(yīng)用性，學(xué)生能夠獨立完成。電路信號的轉(zhuǎn)換已經(jīng)在電子領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，如：采樣/保持（S/H）電路、電壓比較電路、V/f（電壓/頻率）轉(zhuǎn)換器、f/V（頻率/電壓）轉(zhuǎn)換器、V/I（電壓/電流）轉(zhuǎn)換器、I/V（電流/電壓）轉(zhuǎn)換器、A/D（模/數(shù)）轉(zhuǎn)換器、D/A（數(shù)/模）轉(zhuǎn)換器等?？梢詮谋緦嶒炛袑W(xué)習(xí)到更多的電路設(shè)計的方法，激發(fā)學(xué)生的設(shè)計興趣和激情，為以后的學(xué)習(xí)和工作打下良好

5、大的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：電壓比較電路; V/f; f/V; 電路設(shè)計第一章 設(shè)計指標(biāo)1.1 設(shè)計指標(biāo) 1.1.1設(shè)計內(nèi)容： 小信號（100mv）v/f變換 1.1.2設(shè)計要求： 1） 輸入0100mv小信號電壓線性變換成010KHz頻率輸出； 2） 設(shè)計精度1，既誤差不超過10Hz； 3） 輸出波形（脈沖波），脈沖寬度tw=2040s。第二章 系統(tǒng)設(shè)計原理及內(nèi)容2.1 設(shè)計思想 電壓/頻率轉(zhuǎn)換器的輸出信號f0與輸入電壓V的大小成正比，輸入控制電壓為直流電壓。 利用輸入電壓的大小改變電容的充電速度，從而改變振蕩電路的震蕩頻率，故可以采用積分器作為輸入電路。積分器的輸入信號去控制電壓比較器，從電壓比較器

6、6號引腳輸出為矩形脈沖信號，從積分器的6號引腳輸出為三角波信號，兩者頻率相同。將輸出信號的電平通過回路，反饋到積分器，控制積分電容放電，同時運用二極管的單向?qū)щ娦?，做成電子開關(guān)，當(dāng)積分器的電容放電到一點數(shù)值時，開關(guān)二極管作用，電源給電容充電。這樣就構(gòu)成了一個電容反復(fù)充電、放電的過程，電路震蕩產(chǎn)生波形，并且輸入電壓的大小決定了電容的充放電的速度，從而進(jìn)行輸出波形頻率的改變，達(dá)到設(shè)計目的。電壓/頻率轉(zhuǎn)換器原理框 圖如下，圖1、2：圖1 電壓頻率轉(zhuǎn)換器原理圖圖2 頻率/電壓轉(zhuǎn)換器原理圖第三章 電路各模塊方案設(shè)計3.1 積分器的設(shè)計方案 基本設(shè)計方案如下方圖3 圖3 積分電路積分電路是實現(xiàn)波形變換、濾

7、波等信號處理功能的基本電路，它可以將周期性的方波電壓變換為三角波電壓。當(dāng)T導(dǎo)通時，積分電路的等效電路如圖4所示，集成運放A同相輸出端的電位為圖4 積分電路的等效電路反相輸入端電位。積分電路的輸出電壓為當(dāng)T截止時，積分電路的等效電路如圖5所示，Up1、Un1不變，仍為。積分電路的輸出電壓為圖5 積分電路的等效電路積分電路輸出波形如下：圖6 積分電路輸出波形 3.2比較器的設(shè)計方案3.2.1電壓比較器 如下方圖7圖7 電壓比較器比較器的輸出電壓通過反饋網(wǎng)絡(luò)加到同相輸入端，形成正反饋，待比電壓V1較加在反相輸入端。比較器雖然有閉合環(huán)路，但由于該環(huán)路引入的是正反饋，電路增益更高，運放依然屬于開環(huán)工作。

8、在實際運用中，利用遲滯特性可以有效地克服噪聲和干擾的影響。例如，在過零檢測器中，若是如正弦電壓上疊加噪聲和干擾，則由于零值附近多次過零，輸出就會出現(xiàn)錯誤階躍。采用遲滯比較器，只要噪聲和干擾的大小在遲滯寬度內(nèi)，就不會引起錯誤的階躍。 A2構(gòu)成的是反相輸入的滯回比較器，其輸出電壓Uo決定于由R7和穩(wěn)壓管Dz組成的限幅電路，輸出高電平，輸出低電平，閾值電壓為，當(dāng)Rw的滑動端在最左端時，；當(dāng)滑動端在左右端時，。3.2.2過零比較器圖8圖8 過零比較器過零比較器的工作原理是將輸入信號與0V地電壓進(jìn)比較來判定輸出是高電平還是低電平，例如反相輸入端輸入的過零比較器在輸入正弦信號時，在正弦波的正半周時輸出為低

9、電平，而在正弦波的負(fù)半周時輸出為高電平。這樣就把正弦波變成矩形波了，當(dāng)然它還可以將三角波等波形變換為矩形波。 3.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器基本設(shè)計方案如下方圖9圖9 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個穩(wěn)定狀態(tài)，一個暫穩(wěn)態(tài)。 2.在外加脈沖的作用下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以從一個穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到一個暫穩(wěn)態(tài)。 3.由于電路中RC延時環(huán)節(jié)的作用，該暫態(tài)維持一段時間又回到原來的穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)維持的時間取決于RC的參數(shù)值。3.4低通濾波器基本設(shè)計方案如下方圖10圖10 低通濾波器對于不同濾波器而言，每個頻率的信號的減弱程度不同。當(dāng)使用在音頻應(yīng)用時，它有時被稱為高頻剪切濾波器, 或高音消除濾波器。低通濾波器概念有許多不同的形

10、式，其中包括電子線路（如音頻設(shè)備中使用的hiss 濾波器、平滑數(shù)據(jù)的數(shù)字算法、音障（acoustic barriers）、圖像模糊處理等等，這兩個工具都通過剔除短期波動、保留長期發(fā)展趨勢提供了信號的平滑形式。低通濾波器在信號處理中的作用等同于其它領(lǐng)域如金融領(lǐng)域中移動平均數(shù)（moving average)所起的作用；低通濾波器有很多種，其中，最通用的就是巴特沃斯濾波器和切比雪夫濾波器。3.5模塊的整合3.5.1 電壓/頻率如圖11所示為電壓/頻率轉(zhuǎn)換電路。功能是將直流電壓轉(zhuǎn)換成頻率與其幅值成正比的矩形波，即用輸出矩形波的頻來表示輸入直流電壓的大小，故電路完成了模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。由于輸出電壓頻

11、率收到輸入直流電壓的控制，故也稱之為壓控振蕩器。圖11 電壓/頻率轉(zhuǎn)換電路3.5.2 頻率/電壓 如圖12圖12 頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路第四章 結(jié)束語4.1心得體會通過這次的課程設(shè)計，加強(qiáng)了我的動手能力，提高了我的運用知識解決問題的能力。在本次課程設(shè)計中我做的題目是：電壓頻率轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計。在整個方案設(shè)計中，我運用了模擬電子的相關(guān)知識，包括：積分器、遲滯比較器等模塊電路。紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。沒有知識是從天而降的，沒有獲得不需要付出。是的，我這學(xué)期學(xué)習(xí)了模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)的知識，但是知識繁多，在課堂上不能一一弄懂、弄精，這一次的課程設(shè)計給了我機(jī)會，讓我更加深刻的對模電知識有了深刻的學(xué)習(xí)和認(rèn)

12、識。在我拿到題目時，當(dāng)時我覺得這題目很簡單，沒有什么大不了的，不就是一個電壓頻率的轉(zhuǎn)換器帶電路嘛，還能難住我？但在這兩個星期的設(shè)計過程中，我面紅耳赤，慚愧的無地自容，剛開始我連積分器如何使用，如何與比較器進(jìn)行耦合構(gòu)成壓控振蕩器的這樣的知識都不了解！再后來我靜下心來決定好好的學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)，亡羊補(bǔ)牢，為時不晚啊。我去了圖書館進(jìn)行資料的查閱，整整一天什么事都沒有做就在圖書館四樓理工閱覽室查閱資料。隨著我研究、思考的深入，對不明白的原理和方法漸漸的弄清楚之后，我開始了電路圖的設(shè)計，心理不免有點小小的成就感?？稍谠O(shè)計的過程中有出現(xiàn)了新的問題：能夠設(shè)計出無源的方波振蕩器，可就是如何加入電源，使之成為一個壓控振

13、蕩器呢！我又一次的進(jìn)入了迷茫之中繼續(xù)圖書館查閱資料，隨著思考的越來越深入，突然在一天午覺時，終于有了頓悟：對，做一個開關(guān)，導(dǎo)通時電容放電，不導(dǎo)通時，電容充電，而電容的充電速度的快慢將直接控制輸出方波的頻率的改變，同時電容的充電速度直接由外接電源來解決！想到這里，我的整個設(shè)計思路和框圖已經(jīng)完全出來，萬事具備就欠東風(fēng)啦！我無比的興奮、激動，為我自己感到高興，成就感油然而生接下來就進(jìn)入了電路圖的繪制階段，值得慶幸的是在這次課程設(shè)計之前，我就已經(jīng)學(xué)會了使用電子繪圖和仿真軟件multisim。在繪圖和仿真階段，進(jìn)行的相當(dāng)?shù)捻樌?，對電阻和電容?shù)值的調(diào)試也是很順利的。設(shè)計過程如一條蜿蜒曲折的小徑，你永遠(yuǎn)不知道下一個拐彎后有什么等待這你。這一次的課程設(shè)計的全過程，讓我體會到的是設(shè)計的艱辛，但更多的是在設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的喜悅，我開始越來越喜歡上電子設(shè)計了。元件清單1).多功能電子電路試驗箱 2).3V穩(wěn)壓二極管 3).普通二極管 4).三極管5).各種電阻 6).電容 7).UA741CD 8).LM555CM9).12V直流電源 等等參考文獻(xiàn)【1】 謝嘉奎 主編， 電子線路線性部分（第四版）， 高等教育出版社，1999【2】 翁飛兵 陳棣湘 主編， 電子技術(shù)實踐教程， 國