電壓頻率轉(zhuǎn)換器

1、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)課程名稱： 模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 題 目： 電壓頻率轉(zhuǎn)換器 學(xué)生姓名： 專 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 日 期： 年 月 日 電壓/頻率變換器一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求說(shuō)明：電壓/頻率變換電路實(shí)質(zhì)上是一種振蕩頻率隨外加控制電壓變化的振蕩器。主要技術(shù)指標(biāo)與要求：（1）設(shè)計(jì)一種電壓/頻率變換電路，輸入I為直流電壓（控制信號(hào)），輸出頻率為O的矩形脈沖，且I 。（2）I變化范圍：010V。（3）O變化范圍：010kHz（4）轉(zhuǎn)換精度1% 。二、方案設(shè)計(jì)與論證 可知電路有積分器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，電子開(kāi)關(guān)和恒流源電路組成，狂徒如下：電子開(kāi)關(guān)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器積分器恒流源電路1、電壓/頻率變換器的輸

2、入信號(hào)頻率f。與輸入電壓Vi的大小成正比，輸入控制電壓Vi常為直流電壓，也可根據(jù)要求選用脈沖信號(hào)做為控制電壓，其輸出信號(hào)可為正弦波或者脈沖波形電壓。2、本設(shè)計(jì)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振蕩頻率，故采用積分器作為輸入電路。積分器的輸出信號(hào)去控制電壓比較器或者單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，可得到矩形脈沖輸出，由輸出信號(hào)電平通過(guò)一定反饋方式控制積分電容恒流放電，當(dāng)電容放電到某一域值時(shí)，電容C再次充電。由此實(shí)現(xiàn)Vi控制電容充放電速度，即控制輸出脈沖頻率。三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算1、積分器設(shè)計(jì)：積分器采用集成運(yùn)算放大器和RC元件構(gòu)成的反向輸入積分器。具體電路如下：2、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器設(shè)計(jì):單

3、穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器采用555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)電路。具體電路如下：3、電子開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)電子開(kāi)關(guān)采用開(kāi)關(guān)三極管接成反向器形式，當(dāng)觸發(fā)器的輸出為高電平時(shí)，三極管飽和導(dǎo)通，輸出近似為0，當(dāng)觸發(fā)器輸出為低電平時(shí)，三極管截止，輸出近似等于+VCC.4、恒流源電路設(shè)計(jì)恒流源電路可采用開(kāi)關(guān)三極管 ，穩(wěn)壓二極管Dz 等元件構(gòu)成。 具體電路如下所示。R2/D1/D5給三極管提供基極偏置，R1提供射極偏置，與+/-15V電源構(gòu)成恒流源電路，三極管的集電極電流為恒定電流。當(dāng)V1為低電平D2,D3截止，D4導(dǎo)通，所以積分電容通過(guò)三極管放電。當(dāng) V1為 高電平D2、D3 導(dǎo)通，D4截止，輸入信號(hào)對(duì)積分電容充電。在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出端

4、得到矩形脈沖。4、 總原理圖及元器件清單1 總原理圖2元件清單元件序號(hào)型號(hào)主要參數(shù) 數(shù)量備注R1，R2，R91N4735A 20K 3R3，R101N4735A 10K 2R41N4735A 22K 1R51N4735A 43.5K 1R61N4735A 4.7K 1R71N4735A 100K 1R81N4735A 6.2 1U2 1 Q1、Q22N3390 2D6LM285-2V5 1U1LM324 1D1至D5DIODE 5C1CAP25nf 1C2CAP1nf 1C3CAP10nf 1 5、 安裝與調(diào)試根據(jù)題目要求結(jié)合電路圖，輸入與輸出關(guān)系Vif0，題目要求輸入電壓的范圍為010V，而

5、輸出頻率要求為010KHZ，所以該VFC電路需有1khz/v的換系數(shù)。輸入有信號(hào)電壓Vin時(shí)，積分電容充電，積分器輸出下降，當(dāng)降至觸發(fā)器的觸發(fā)電平（1/3Vcc），555置位，使得積分電容通過(guò)恒流源反向充電，當(dāng)積分電容電壓上升到2/3Vcc時(shí)，又使555復(fù)位，積分電容又開(kāi)始充電，從而形成振蕩。因?yàn)閱畏€(wěn)態(tài)電路的充電時(shí)間tw=1.1R9*C3,選取R9為45.4k,C3為1000p，確定充電時(shí)間約為0.05ms。根據(jù)所采用的恒流源電路及參數(shù)設(shè)置以及輸入電壓與輸出頻率的關(guān)系，可確定恒流源對(duì)積分電容反向充電時(shí)間，從而確定C1=0.025uf，R1=20K。積分器相關(guān)計(jì)算：首先假設(shè)電容正向充電占總脈沖的

6、0.5當(dāng)輸入端輸入電壓為1V時(shí)，整個(gè)積分電路輸出端的輸出電壓變化差值為1V，則由積分電路公式可得：-1V=*1V*0.5*T 其中T=1/f=1.0*10-3,由可得：RC1=0.5*10-3，令C1=0.025Uf,現(xiàn)電路中R5*0.025uF=0.5*10-3，符合計(jì)算得到的結(jié)果：R5=20千歐。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器相關(guān)計(jì)算：輸出脈沖的寬度Tw等于暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間,而暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短又取決于定時(shí)元件R和C的大小.要輸出10Khz的方波,Tw=T/2=1/10000=0.05ms,而Tw=RCln3=1.1RC，取C2=1000Pf,可求出R1約為45.4千歐.仿真效果：Vi=+1V時(shí) Vi=+

7、2V時(shí)Vi=+3V時(shí)當(dāng)電壓為+1V時(shí) 一個(gè)周期 T=1.00ms 則頻率F1=1/T 則F1=1s/1.00ms=1000Hz電壓Vi（V） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10周期T(us)1000 500333.98250.02200.76167.90144.17125.92111.32100.38頻率F(Hz)100020002994.193999.684981.075955.936936.267941.558983.119962.146、 結(jié)論與心得 經(jīng)過(guò)一周的模電課程設(shè)計(jì)，我選的題目是電壓頻率轉(zhuǎn)換器，在中期匯報(bào)之前我看了模電課本課電子課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)，上面有我們的選題基本原理知道以后

8、便有了思路，然后借助百度的強(qiáng)大功能看了看網(wǎng)友是如何做的，基本思路有了之后我就可是設(shè)計(jì)電路圖。 我的設(shè)計(jì)主要包括四個(gè)部分，積分器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，電子開(kāi)關(guān)還有恒流源電路。我使用的是protues繪圖以及仿真軟件，但由于平時(shí)比較懶惰，用的比較少，很多功能都不會(huì)，非常的生疏，遇到不少問(wèn)題，不過(guò)通過(guò)同學(xué)的幫助讓我懂得了這次設(shè)計(jì)所要用到的功能。這使我明白平時(shí)積累的重要性，讓我知道平常應(yīng)該多弄弄這些軟件，不能等到必須用到才去學(xué)習(xí)它，以后我一定要注意這些方面的積累。經(jīng)過(guò)一天的時(shí)間終于把原理圖畫好了，但是在仿真中出現(xiàn)了不少的問(wèn)題，幸好我這個(gè)選題有四個(gè)人一樣的，這樣我可以向其他同學(xué)借鑒學(xué)習(xí)，這樣少走了很多的彎路。

9、在電路圖設(shè)計(jì)的過(guò)程中也遇到了很多的問(wèn)題，軟件很長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有使用很多元器件找不到，這樣使我不得不花費(fèi)一些時(shí)間來(lái)問(wèn)度娘，四個(gè)模塊的擺放位置也要合理這樣才能看起來(lái)簡(jiǎn)單美觀，等原理圖畫好了以后就開(kāi)始調(diào)試了，但是對(duì)模擬示波器發(fā)比較生疏，波形的觀察還有周期的測(cè)量帶來(lái)了很多的不便，但是這些問(wèn)題總歸還是要解決的通過(guò)對(duì)RC器件的不斷調(diào)試才能得到比較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，最終確定C1為25nF時(shí)候周期的測(cè)量值與理論值比較接近，還有對(duì)電阻也進(jìn)行了更改將R5的43歐姆改為43.5的時(shí)候這樣就更加的準(zhǔn)確了，這樣把RC電路的值搞好以后，便開(kāi)始更改電壓值測(cè)量對(duì)應(yīng)的周期值，測(cè)量完了以后就應(yīng)用公式計(jì)算對(duì)應(yīng)的頻率值，結(jié)果還是比較的理想的，跟理論值相差不多，在誤差范圍內(nèi)。 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，對(duì)模電又有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，對(duì)這個(gè)仿真軟件也有了熟練的應(yīng)用，總的來(lái)說(shuō)還是有好的認(rèn)識(shí)，課程設(shè)計(jì)還是學(xué)到了很多的東西，對(duì)一些器件也有了新的認(rèn)識(shí)，也重新翻開(kāi)了以前的課本，對(duì)模電知識(shí)也算做了一個(gè)粗略的溫習(xí)，同學(xué)們彼此也很熱心的幫助解決各種難題