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第第頁基于Multisim的壓頻轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)與仿真方案比較
壓頻轉(zhuǎn)換電路的目標(biāo)是將電壓的變化轉(zhuǎn)換為頻率的變化。電壓/頻率變換器的輸出(信號)頻率f與輸入電壓u的大小成正比。設(shè)計(jì)電壓轉(zhuǎn)換頻電路,就得選擇好的脈沖輸出電路,脈沖電路的輸出采用555(芯片),這樣方便設(shè)計(jì),成本又低。555(集成電路)開始是作(定時器)應(yīng)用的,所以叫做555定時器或555時基電路。但后來經(jīng)過開發(fā),它除了作定時延時控制外,還可用于調(diào)光、調(diào)溫、調(diào)壓、調(diào)速等多種控制及計(jì)量(檢測)。此外,還可以組成脈沖振蕩、單穩(wěn)、雙穩(wěn)和脈沖調(diào)制電路,用于交流信號源、(電源)變換、頻率變換、脈沖調(diào)制等。由于它工作可靠、使用方便、價格低廉,目前被廣泛用于各種(電子產(chǎn)品)中,555集成電路內(nèi)部有幾十個(元器件),有分壓器、(比較器)、基本R-S觸發(fā)器、放電管以及緩沖器等,電路比較復(fù)雜,是(模擬)電路和(數(shù)字電路)的混合體。
對于555芯片的配置,可以將其配置成多諧(振蕩器),又可以配置成施密特觸發(fā)器。
方案一
將555配置成多諧振蕩器
方案一論證
從F≈1.43/(RA+2RB)C可以看出,只要改變RA或RB的大小就可
以改變頻率。
可以在RA端加個三極管,通過其工作在可變電阻區(qū)來實(shí)現(xiàn)(電流)控制電阻的變化,在其基極放置電阻,就能將電壓信號轉(zhuǎn)換成電流信號,從而由電壓控制頻率。
方案二
將555芯片配置成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。
方案二論證
由其工作波形可知,Vi控制這Vo輸出,改變Vi的斜率就可改變Vo的頻率。
所以的設(shè)計(jì)一個能夠輸出鋸齒波的電路。由此想到用(運(yùn)算放大器)和Vo的反饋設(shè)計(jì)積分電路,來產(chǎn)生鋸齒波電路。
方案確定
通過上面對兩種方案的詳細(xì)論述,本次設(shè)計(jì)選擇第二套設(shè)計(jì)方案。通過之前章節(jié)的分析可知第一套方案雖然簡單,但難達(dá)到設(shè)計(jì)要求,精度和范圍沒有第二套方案好。
系統(tǒng)總體方案框圖如下:
單元(電路設(shè)計(jì))
積分電路設(shè)計(jì)
積分電路是使輸出信號與輸入信號的時間積分值成比例的電路。最簡單的積分電路由一個電阻R和一個(電容)C構(gòu)成,如圖(a)所示。若時間常數(shù)RC足夠大,外加電壓時,電容C上的電壓只能慢慢上升。在t
本次設(shè)計(jì)中采用運(yùn)算放大器LM741設(shè)計(jì)積分電路。LM741是一種應(yīng)用非常廣泛的通用型運(yùn)算放大器。由于采用了有源負(fù)載,所以只要兩級放大就可以達(dá)到很高的電壓增益和很寬的共模及差模輸入電壓范圍。本電路采用內(nèi)部補(bǔ)償。電路比較簡單不易自激,工作點(diǎn)穩(wěn)定,使用方便,而且設(shè)計(jì)了完善的(保護(hù)電路),不易損壞。LM741可應(yīng)用于各種數(shù)字儀表及(工業(yè))自動控制設(shè)備中。
單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路設(shè)計(jì)
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)。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)。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。
其主要特點(diǎn)如下:
①電路在沒有觸發(fā)信號作用時處于一種穩(wěn)定狀態(tài)。
②在外來觸發(fā)信號作用下,電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài);
③由于電路中RC延時環(huán)節(jié)的作用,暫穩(wěn)態(tài)不能長保持,經(jīng)過一段時間后,電路會自動返回到穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間僅取與RC參數(shù)值有關(guān)。
本次設(shè)計(jì)采用555定時器實(shí)現(xiàn)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的設(shè)計(jì),具體的(電路原理)圖如下:
恒流源電路設(shè)計(jì)
恒流源電路可采用開關(guān)三極管?T,穩(wěn)壓(二極管)?Dz?等元件構(gòu)成。具體電路如下所示。當(dāng)?V1’為?0?時,D2,D3?截止,D4?導(dǎo)通,所以積分電容通過二極管?放電。當(dāng)?V1’為?1?時,D2,?D3?導(dǎo)通,D4?截止,輸入信號對積分電容充電。在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出端得到矩形脈沖。
(Multisim)(仿真)
系統(tǒng)總體仿真圖如圖所示,
運(yùn)行仿真后可以通過調(diào)節(jié)積分電路左側(cè)的可調(diào)電源滑動條來調(diào)節(jié)輸入電壓。同時雙擊(示波器)就可以看到波形。當(dāng)滑動條在左側(cè)時,此時輸入的電壓很小,通過示波器可以看到輸出的方波頻率很低。
當(dāng)我們將滑動條向右調(diào)節(jié)后,可以從示波器上明
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