模电课程设计电压频率变换器

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1、模拟电子技术基础题目名称：电压/频率变换器班级：姓名：学号：完成日期：2011-6-10摘要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应用广泛。本设计是主要针对的是模拟电子技术课程的设计，具有可操作性和应用性，学生能够独立完成。电路信号的转换已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）变换器、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

2、激情，为以后的学习和工作打下良好大的基础。而V/f（电压/频率）转换器便是本实验的主要内容。目录一.设计任务二.简略设计方案三.电路构成和部分参数计算1．积分电路2．单稳态触发器电路3.电子开关电路图4．恒流源电路的设计四．总原理图和元器件清单1.总原理图2.元件清单五．基本计算与仿真调试分析1.基本计算2.仿真结果六．PCB仿真图七.设计总结八．参考文献一、设计任务1.设计一种电压/频率变换电路，输入υI为直流电压（控制信号），输出频率为ƒO的矩形脉冲，且υI。2.υI变化范围：0～10V。3.ƒO变化范围：0～10kHz4.转换精度<1%。二、设计方案可

3、知电路主要是由积分器、单稳态触发器、电子开关和恒流源电路组成，原理框图如下：电子开关单稳态触发器积分器恒流源三、电路构成和部分参数计算1.、积分电路：积分电路采用集成运算放大器和RC元件构成反向输入积分器。电路图如下：2、单稳态触发器电路单稳态触发器由555定时器构成，单稳态触发器具有下列特点：第一、它有一个稳定状态和一个暂稳状态；第二、在外来触发脉冲的作用下，能够由稳定状态翻转到暂稳状态；第三、暂稳状态维持一段时间后，将自动返回到稳定的状态。暂稳状态时间的长短，与触发器脉冲无关，仅决定于电路本身的参数或者电路阀值电压以外接R、C参数有关，单稳态触发器输出脉

4、冲宽度tW仅决定于定时元件R、C的取值，与输入触发信号和电源电压无关，调节R、C的取值，即可方便的调节tW。采用积分器作为输入电路，积分器是输出信号去控制单稳态触发器，那样就可以得到矩形脉冲的输出。单稳态触发器在数字系统和装置中，一般用于定时（产生一定宽度的脉冲）、整形（把不规则的波形转换成等宽、等幅的脉冲）以及延时（将输入信号延迟一定的时间之后输出）等。电路图如下：3、电子开关电路图电子开关由三极管接反向器的形式，当触发器输出高电平时，三极管饱和导通输出约为0，当触发器输出低电平时，三极管处于截止状态，其输出约为+Vcc。电路图如下：4、恒流源电路的设计恒

5、流源是输出电流保持恒定的电流源，而理想的恒流源应该具有以下的特点：第一、不因负载（输出电压）变化而变化；第二、不因环境温度变化而变化；第三、内存可以为无限大（以使其电流可以全部流到外面）。基本的恒流源电路主要是由输入级和输出级构成，输入级提供参考电流，输出级输出需要的恒定电流。恒流源电路具有输出电流恒定、温度稳定性好、直流电阻很小但等效交流输出电阻却很大的等特点。恒流范围大致为1uA—20A。它既可以为各种放大电路提供偏流以稳定其静态工作点，又可以作为其有源负载，以提高放大倍数，并且在差动放大电路和脉冲产生电路中也得到了广泛的应用，在本题目就是用于脉冲产生电

6、路。恒流源采用开关三极管T和稳压二极管Dz等组件构成的，其具体的电路入下图所示当V为0时，D9和D10截止，D1就导通，所以积分电容就通过三极管T放电，当V等于1V时，D9和D10处于导通的状态，D1就截止，输入信号对积分电路充电。在单稳态触发器的输出端就得到矩形脉冲。电路图如下：四、总原理图和元器件清单1、总原理图：2、组件列表：电阻10K2电阻20K4电阻6.2K1电阻22K1电阻4.7K1电阻100K1电阻43K1电源15V1电源-15V1电容1000PF2电容0.1uF1运算放大器1NPN三极管2稳压管2CW151二极管5555定时器1五、基本计算与

7、仿真调试分析1、基本计算：从题目的要求结合电路图，输入Vi和输出f0要成正比关系，这个题目要求输入电压的范围为1~10V，而输出频率要求为1~10KHZ，所以该电路需要有1Khz/V的换系数。输入有信号电压Vin即积分器电路输入信号控制单稳态触发器，积分电容充电,当积分输出电压上升时，在小于触发器的触发电平（1/3Vcc），555定时器就会置位，通过电子开关后就会反馈回到积分器，当积分器电容经过恒流源放电并且积分电容上升到1/3Vcc后，又会使555复位，恒流源截止，此时积分器又开始充电，由此形成了振荡。因为在单稳态电路的充电时间tw=1.1R4*C4,选取

8、R4为43K，C3为10nF,从此确定充电时间约为0