模電課程設計(線性VF轉換)-(劉曉潔20150701)

1、模擬電子技術課程設計模擬電子技術課程設計本次課程設計安排本次課程設計安排v第一次課（第一次課（7月月1日日上午上午）線性線性V/F轉換介紹轉換介紹線性線性V/F轉換應用轉換應用設計任務及要求設計任務及要求整體結構框圖整體結構框圖各單元電路的工作原理各單元電路的工作原理EWB及及Multisim軟件軟件注意事項注意事項實驗室開放時間實驗室開放時間本次課程設計安排本次課程設計安排v第二次課（第二次課（7月月1日日下午下午）下午下午2點點開始，先檢查原理總圖開始，先檢查原理總圖（手繪版為佳手繪版為佳），合格者去，合格者去B231室室領領取實驗箱及取實驗箱及主要主要元器件元器件（電阻、電容在電阻、電容

2、在B224領取領?。?；下午下午3點半點半開始講述搭建實際電路注意事項、調(diào)試方法、課程設計報開始講述搭建實際電路注意事項、調(diào)試方法、課程設計報告詳細要求告詳細要求，成績成績的的分值分配。分值分配。v第三次課（第三次課（7月月3日下午日下午及及7月月5日全天日全天）電路板電路板實物驗收。實物驗收。線性線性V/F轉換介紹轉換介紹v 電壓頻率轉換器電壓頻率轉換器VFC（Voltage Frequency Converter）是一種實現(xiàn)模數(shù)轉換功能的器件，將模擬）是一種實現(xiàn)模數(shù)轉換功能的器件，將模擬電壓量變換為脈沖信號，該輸出脈沖信號的頻率與輸入電電壓量變換為脈沖信號，該輸出脈沖信號的頻率與輸入電壓的大

3、小成正比。壓的大小成正比。電壓電壓頻率轉換實際上是一種模擬量和頻率轉換實際上是一種模擬量和數(shù)字量之間的轉換技術數(shù)字量之間的轉換技術。v 對對線性線性V/F轉換電路轉換電路的技術要求主要有：的技術要求主要有：頻率穩(wěn)定度好，頻率穩(wěn)定度好，控制靈敏度高，調(diào)頻范圍寬，頻偏與控制電壓成線性關系控制靈敏度高，調(diào)頻范圍寬，頻偏與控制電壓成線性關系并宜于集成等。并宜于集成等。線性線性V/F轉換應用轉換應用v V/F轉換電路應用十分廣泛，在不同的應用領域有不同的名稱：轉換電路應用十分廣泛，在不同的應用領域有不同的名稱：l 在無線電技術中，它被稱為在無線電技術中，它被稱為頻率調(diào)制（頻率調(diào)制（FM）；l 在信號源電

4、路中，它被稱為在信號源電路中，它被稱為壓控振蕩器（壓控振蕩器（OSC）；l 在信號處理與變換電路中，它又被稱為在信號處理與變換電路中，它又被稱為準模準模/數(shù)轉換電路數(shù)轉換電路。v 自動測量和控制系統(tǒng)中，自動測量和控制系統(tǒng)中，經(jīng)常要將電壓信號轉換為頻率信號。經(jīng)常要將電壓信號轉換為頻率信號。把電壓信號轉換為脈沖信號后，可以明顯地把電壓信號轉換為脈沖信號后，可以明顯地增強信號的抗干擾增強信號的抗干擾能力能力，也利于遠距離的傳輸；可以調(diào)制在射頻信號上進行無線，也利于遠距離的傳輸；可以調(diào)制在射頻信號上進行無線傳輸；也可調(diào)制成光脈沖用光纖傳送，不受電磁場影響。傳輸；也可調(diào)制成光脈沖用光纖傳送，不受電磁場影

5、響。v 現(xiàn)已廣泛用于手機、衛(wèi)星通信終端、基站、雷達、導彈制導系現(xiàn)已廣泛用于手機、衛(wèi)星通信終端、基站、雷達、導彈制導系統(tǒng)、軍事通信系統(tǒng)、數(shù)字無線通信、光發(fā)射機和其他電子系統(tǒng)。統(tǒng)、軍事通信系統(tǒng)、數(shù)字無線通信、光發(fā)射機和其他電子系統(tǒng)。設計任務及要求設計任務及要求v設計任務：設計任務：1 1、用基本集成放大器、時基集成電路、三極管及電阻、電、用基本集成放大器、時基集成電路、三極管及電阻、電容等器件設計并制作一個簡易的線性容等器件設計并制作一個簡易的線性V/FV/F轉換器，轉換器，通過改通過改變輸入電壓，實現(xiàn)對信號輸出頻率的線性變換。變輸入電壓，實現(xiàn)對信號輸出頻率的線性變換。2 2、設計電路并在、設計電

6、路并在 EWBEWB軟件平臺環(huán)境下進行原理仿真，通過軟件平臺環(huán)境下進行原理仿真，通過仿真對設計的參數(shù)進行合理調(diào)整。仿真對設計的參數(shù)進行合理調(diào)整。3 3、對設計好的電路及參數(shù)，在硬件平臺上搭建電路和調(diào)試。、對設計好的電路及參數(shù)，在硬件平臺上搭建電路和調(diào)試。4 4、對電路的實際輸出、理論計算、仿真結果進行比較，分、對電路的實際輸出、理論計算、仿真結果進行比較，分析產(chǎn)生誤差的原因，提出改進措施。析產(chǎn)生誤差的原因，提出改進措施。設計任務及要求設計任務及要求v電路性能指標要求：l 電源電壓：電源電壓：12V ； l 輸入信號：直流信號輸入信號：直流信號0 10V可變；可變； l 輸出信號：頻率為輸出信號

7、：頻率為0 10kHz對應；對應；l 精度：誤差小于精度：誤差小于20Hz；l 波形要求：波形要求：脈沖寬度脈沖寬度20 40s、0 - 10V矩形波矩形波。設計任務及要求設計任務及要求v設計報告要求：設計報告要求：l 根據(jù)電路性能指標要求，選擇合理的設計方案，根據(jù)設計根據(jù)電路性能指標要求，選擇合理的設計方案，根據(jù)設計方案完成電路原理圖、元件參數(shù)的設計，寫出理論推導過方案完成電路原理圖、元件參數(shù)的設計，寫出理論推導過程，分析各單元電路的工作原理；程，分析各單元電路的工作原理； l EWB軟件設計及仿真調(diào)試結果；軟件設計及仿真調(diào)試結果； l 記錄硬件電路的實驗結果及調(diào)試心得，分析不同條件下誤記錄

8、硬件電路的實驗結果及調(diào)試心得，分析不同條件下誤差產(chǎn)生的原因，提出合理的修改措施，完成實驗結果分析。差產(chǎn)生的原因，提出合理的修改措施，完成實驗結果分析。 整體結構框圖整體結構框圖模擬開關模擬開關（某直流信號）（某直流信號）（鋸齒波信號）（鋸齒波信號）（矩形波信號）（矩形波信號）阻抗變換電路阻抗變換電路亦稱：電壓跟隨器亦稱：電壓跟隨器基準源產(chǎn)生電路基準源產(chǎn)生電路小功率穩(wěn)壓管的選?。盒」β史€(wěn)壓管的選?。?mA I IZ Z 40mA限流電阻限流電阻限流電阻限流電阻單穩(wěn)態(tài)電路單穩(wěn)態(tài)電路電平觸發(fā)方式：電平觸發(fā)方式： 當積分電壓當積分電壓Vc過零時觸發(fā)單穩(wěn)，即：過零時觸發(fā)單穩(wěn)，即：Vtri 1/3 VCC

9、輸出脈沖電壓寬度僅與輸出脈沖電壓寬度僅與555的電路參數(shù)的電路參數(shù)R、C有關：有關：tw 1.1RCVottwVtrit積分電路積分電路（模電書（模電書P335）1Vt+VCiHv dR C （1）當）當Vi單獨作用時，反向積分單獨作用時，反向積分(T1)=01VT+V0iHR C所以：所以：.（1）（2）當）當Vi和和-VR共同作用時，二次積分共同作用時，二次積分(T2)11Vt()CiRv dV dtR CRC =VH所以：所以：22VTV TV+iRHR CRC .（2）由由(1)(2)(1)(2)式聯(lián)立求解：式聯(lián)立求解：122V(T +T )V TiRR CRC2V()()TVRiRT

10、R2V()()TVRiRTR1fT21()()vV TiRRfR常數(shù)常數(shù)ViViVCV0-VR由設計要求：由設計要求：Vi：010V f：010kHz得出：得出：f =103Vi各元件參數(shù)各元件參數(shù)取值的依據(jù)取值的依據(jù)T2=tw三極管模擬開關電路三極管模擬開關電路控制控制晶體管晶體管工作在理想工作在理想開關開關狀態(tài)狀態(tài)ViViVCV0-VR(1) 當當VC=0時；時；T飽和飽和V0=1( (高電平高電平) )運放實現(xiàn)二次積分，運放實現(xiàn)二次積分，vC對應對應T2(2) 當當tw高電平結束高電平結束時；時；V0=0T截止截止運放實現(xiàn)反向積分，運放實現(xiàn)反向積分，vC對應對應T1-VR接入電路接入電路

11、-VR仿真軟件仿真軟件v 簡易版：簡易版：EWB5安裝文件大?。喊惭b文件大?。?4.3MB 特點：即插即用型，但器件庫較小，示波器等仿真儀器特點：即插即用型，但器件庫較小，示波器等仿真儀器僅能使用一次。僅能使用一次。v 升級版：升級版：Multisim 10.0 安裝文件大?。喊惭b文件大?。?15MB 特點：需安裝軟件并破解，器件庫相對完善，示波器等特點：需安裝軟件并破解，器件庫相對完善，示波器等仿真儀器可多次使用。仿真儀器可多次使用。EWB5軟件下載路徑：軟件下載路徑：東華主頁東華主頁 / 院系導航院系導航 / 信息學院信息學院 /電工電子實驗中心電工電子實驗中心 / 實驗資料實驗資料 /

12、EWB5c.rar下載下載Multism 10.0 軟件拷貝：軟件拷貝：綜合樓綜合樓B339楊上河老師楊上河老師EWB仿真軟件的兼容問題仿真軟件的兼容問題v 鼠標右擊鼠標右擊EWB5的軟件圖的軟件圖標，點擊屬性，選擇兼標，點擊屬性，選擇兼容性選項卡，勾選容性選項卡，勾選“用用兼容模式運行這個程兼容模式運行這個程序序”，在下拉菜單中選，在下拉菜單中選擇：擇： Windows 98 /Windows MeEWB運算結點數(shù)量設置運算結點數(shù)量設置v若設置的結點若設置的結點數(shù)太少，仿真數(shù)太少，仿真運行時容易出運行時容易出現(xiàn)中途停止并現(xiàn)中途停止并報錯的情況，報錯的情況，影響仿真結果。影響仿真結果。EWB運

13、算結點數(shù)量設置運算結點數(shù)量設置核心元器件核心元器件vLF353vNE555注意事項注意事項 保持基準源恒定保持基準源恒定； 積分電路要保持線性積分積分電路要保持線性積分（V VH H 10V10V）；）； 控制開關盡可能工作在理想開關狀態(tài)?？刂崎_關盡可能工作在理想開關狀態(tài)。( (三極管偏三極管偏置置保證保證正偏時正偏時飽和導通，反偏飽和導通，反偏時時截止截止) )； 調(diào)試中注意輸入電壓與輸出頻率的線性關系調(diào)試中注意輸入電壓與輸出頻率的線性關系； T2T2(1/2)(1/2)(1/f(1/f10k10k) )，輸入積分電流，輸入積分電流（僅（僅ViVi作用時）作用時）遠小遠小于基準積分電流于基準積分電流（-V-VR R和和ViVi同時作用）同時作用）才能保證更好的精才能保證更好的精度。度。答疑安排：答疑安排： B339室楊老師；室楊老師； B231室劉老師、盧老師室劉老師、盧老師 7月月1日日7月月3日：日：8:30 16:00；驗收安排：驗收安排：A班由劉老師驗收，班由劉老師驗收，B班由盧老師驗收班由盧老師驗收 7月月3日（周五）下午日（周五）下午13:00-16:00 B328實驗室實驗室 7月月5日（周日）全天日（周日）全天 B221實驗室劉老師實驗室劉老師B228實驗室盧老師實驗室盧老師評分：評分：