频率-电流变换器的设计.pdf

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1、成都信息工程大学电子系统设计报告课程名称：电子系统设计系部：控制工程学院专业班级：自动化142班学生姓名：学号：指导教师：完成时间：2016年6月27日报告成绩：评阅教师日期频率-电流变换器的设计一.设计要求3.1设计任务：设计并制作能够将交流信号频率线性转化为4-20mA驱动电流电路，用于工业现场等应用场合。3.2、设计要求：(1)输入信号频率1KHz-10KHz，1VPP正弦波，由DDS信号发生器产生。(2)系统采用单电源供电且电压不大于12V。(3)4-20mA恒流源负载特性良好，最大负载电阻510欧姆。(4)当测量频率超出该范围时，自动给出声光报警提示（提

2、示方式不限）。3.3发挥要求：进一步减小信号幅度至100mVpp，信号波形可以包括方波、正弦波、三角波，转换要求不变。二.方案选择及电路的工作原理整体思路：信号放大整形F/V转换F/I转换输入声光报警放大电路：可选择的芯片有lm324、lm358。整形电路：可选方案NE555整形、比较器和非门结合整形。F/V转换电路：可用芯片lm331、AD650BD、VFC32。V/I转换电路：lm324和NPN结合。声光报警电路：窗口比较器和或门结合。方案选择：使用lm324进行放大（放大倍数可调），用lm324比较器和CD4069BD非门整形，选择LM331进行F/V转换，

3、用lm324和NPN进行V/I转换，使用窗口比较器和或门结合构成声光报警电路。选择理由：1、由于lm324和lm358都能到达效果，lm324较lm358便宜，且有4个运放，所以选择lm324；2、由于对NE555芯片不熟悉，所以选择比较器和CD4069整形。3、AD650BD非线性度低但价格贵且不好找，VFC32不熟悉，且不好找，lm331便宜且线性度低，常用熟悉，故选择lm331。三.单元电路设计计算与元器件的选择输入信号1kHz-1vpp正弦波。1、放大电路：图1调节R1到10k，放大倍数为R1/R2=10，放大之后幅度为10vpp。2、整形电路：图2运放8

4、号端输出幅度为10vpp，经过非门后整形成较标准的方波。3、F/V转换电路：图3电压从1号端输出，1kHz对应1V电压，10kHz对应10V电压。4、V/I转换电路：图4电压输入/R6=I(题目电流计算)。5、声光报警电路：图5二.设计的具体实现1．系统概述信号调理电路：放大、整形、滤波；将F/I分成F/V和V/I两部分，F/V电路用lm331，V/I用lm324；总体方案：使用lm324进行放大（放大倍数可调）；用lm324比较器和CD4069BD非门整形；选择LM331进行F/V转换；用lm324和NPN进行V/I转换；使用窗口比较器和或门结合构成声光报警电路

5、。2．单元电路设计、仿真与分析图6放大电路及其整形仿真：V/I转换及报警电路仿真：3．电路的安装与调试1、放大波形不对:放大波形只有上半部分，导致下一级出现很多杂波，加二分之一VCC偏置实现完整的波形；放大倍数过大，波形失真，通过调节电位器缩小放大倍数1、Lm331不工作：lm331不工作源于1号端固定电压输出，调节图6的R20、R19以及输入信号频率的改变无法调节输出值。通过测试知道8号端没有接入VCC，在电路板上加一根飞线接入电源。2、非门、lm324被烧：图6中放大电路运放的5号端、6号端、7号端静态电压不等与6V，说明运放坏了，换了一个lm324开始正常工

6、作；非门输入端的方波是正确的，但是lm331没有输出，先对照lm331的中文资料检查F/V转换的使用电路是否接对，确定电路没问题的情况下，再检查PCB的连线是否出现问题，确定没问题的情况下，换了一片了lm331，结果还是没有输出，于是返回前面检查非门电路，给高电平输出高电平，给低电平同样输出低电平，说明非门出现问题，通过更换非门成功的实现信号的整形。3、电流没有到达题目要求：最开始设置1kHz对应2V电压输出，10kHz对应10V电压输出，调节上门限为10.23V，下门限为1.82V，如图4电压跟随器的负载的电流为4-20mA，但是6kHz对应电流为20mA，违背

7、了lm331的线性特性，当输入6kHz到10kHz的频率时，会发出报警，电源电压为12V，减去lm331的两个PN结的压降1.4V，只剩10V左右，按线性关系输入5kHz时就已经到达最大输出电压，所以输入频率增大，接近电源电压误差活很大，发出报警。将1kHz对应的电压调节为1V,10kHz对应的电压调节为9.34V，在电压跟随器输入前端接入一个加法电路把电压从1-9V变到2-10V,如图7。图7五．心得体会及建议通过这次电子系统设计熟练的掌握了电子设计的制作过程。首先得有个较可行的思路，画出大概的电路图，通过已学知识对电路进行完善并逐级验证，在修改好电路之后，用A

8、D画出原理