电压频率转化器

1、 20122013学年 第 二 学期 模拟电子技术 课 程 设 计 报 告题 目： 电压/频率转换器 专 业： 电子信息工程 班 级： 一班 姓 名： 鲍家明、陈文、董彬彬、耿王鑫、李小飞、凌志、石大热、王劲松 指导教师： 倪 琳 电气工程系2011年6月5日1、任务书课题名称指导教师（职称） 执行时间 学年第 学期 第 周学生姓名学号承担任务鲍家明积分器设计 陈 文1109121003积分器设计耿王鑫1109121011单稳态触发器设计李小飞1109121018单稳态触发器设计凌 志1109121020恒流电路设计石大热1109121026恒流电路设计王劲松1109121034电子开关设计董

2、彬彬1109121006电路的仿真设计目的1、掌握电压/频率变换器的设计方法；2、熟悉集成运放的应用。设计要求1、技术指标：设计一个电压/频率变换电路，其主要技术指标如下：（1）输出直流VI，输出额定频率为fo的矩形波，且foVI；（2）VI变化范围：012V；（3）fo变化范围：010KHz；目录摘要3前言4第一章、设计思路及原理框图的设计51、设计思路52、原理框图53、电路图5第二章、电压频率转换器各模块设计71、积分器的设计73、电子开关设计84、恒流源电路设计8第三章、理论计算101、元件主要参数如下102、基本计算10第四章、电路的仿真111、输入电压为1V时112、输入电压为5V

3、时113、输入电压为10V时12第五章、结束语131、收获与体会13摘要设计高精度电压转换器，可以利用LM324运算放大器与555定时器为核心器件的高精度线性电压频率转换器。整个电路主要是由稳定电压源模块、信号输入模块、恒流源模块、输入信号变换模块、以555定时器为核心的压频转换模块等5个模块组成的。本设计方案温漂小、抗干扰能力强、价格便宜、线性度较好、而且变换精度高。关键词：555定时器；线性；电压频率转换前言电压频率转换器VFC（Voltage Frequency Converter）是一种实现模数转换功能的器件，将模拟电压量变换为脉冲信号，该输出脉冲信号的频率与输入电压的大小成正比。电压

4、频率转换器也称为电压控制振荡电路（VCO），简称压控振荡电路。随电压频率转换实际上是一种模拟量和数字量之间的转换技术。当模拟信号（电压或电流）转换为数字信号时，转换器的输出是一串频率正比于模拟信号幅值的矩形波，显然数据是串行的。这与目前通用的模数转换器并行输出不同，然而其分辨率却可以很高。串行输出的模数转换在数字控制系统中很有用，它可以把模拟量误差信号变成与之成正比的脉冲信号，以驱动步进式伺服机构用来精密控制。随着现代电子技术渐渐的向着大规模的数字集成电路发展，面对大量的连续变化模拟量例如幅度的变化。难以对其直接分析，但可以先将模拟量转换成数字量，再在研究中都对数字信号（0和1）的直接处理分析

5、的方法，这就需要将信号由模拟到数字进行变换。而本设计高精度电压转换器既：电压频率转换。其过程即实现了由模拟量到数字量的转换。 在进行数模转换过程中，可以应用的芯片很多，如AD0809、AD574A、LM331等都可以实现数模转换。但人们发现芯片一般输出都是并行输出（独立、同时、同步），但一般的电路对信号的处理都是串行的。但运用电压转换为频率就解决了数模的转换，同时又可以输出串行信号，几乎完全可以替代AD芯片的作用。另外相对于电压，一个信号的频率更为稳定。大家发现通过讲电压先转换为频率，再测量其频率值，从而即可得到电压的幅度值。所以在测量中不管信号的幅度值有多大，都可以只考虑其转换后所得到的较之

6、更为稳定的频率来代替直接对信号的分析，这样得到的结果精度会更高。第一章、设计思路及原理框图的设计1、设计思路 电压/频率变换器的输入信号频率 f。 与输入电压 Vi 的大小成正比，输入控制电压 Vi常为直流电压，也可根据要求选用脉冲信号做为控制电压，其输出信号可为正弦波或者 脉冲波形电压。 本设计利用输入电压的大小改变电容的充电速度，从而改变振荡电路的振荡频 率，故采用积分器作为输入电路。积分器的输出信号去控制电压比较器或者单稳态触发 器，可得到矩形脉冲输出，由输出信号电平通过一定反馈方式控制积分电容恒流放电， 当电容放电到某一域值时，电容 C 再次充电。由此实现 Vi 控制电容充放电速度，即

7、控制输出脉冲频率2、原理框图3、电路图第二章、电压频率转换器各模块设计1、积分器的设计积分器采用集成运算放大器和 RC 元件构成的反向输入积分器2、单稳态触发器设计 单稳态触发器采用 555 定时器构成的单稳电路。具体电路如下： 3、电子开关设计 电子开关采用开关三极管接成反向器形式，当触发器的输出为高电平时，三极管饱和导通，输出近似为 0，当触发器输出为低电平时，三极管截止，输出近似等于+Vcc。4、恒流源电路设计 恒流源电路可采用开关三极管 T，稳压二极管 Dz 等元件构成。具体电路如下所示。当 V1为 0 时，D2，D3 截止，

8、D4 导通，所以积分电容通过二极管 放电。当 V1为 1 时，D2， D3 导通，D4 截止，输入信号对积分电容充电。在单稳态触发器的输出端得到矩形脉冲第三章、理论计算1、元件主要参数如下2、基本计算 根据题目要求结合电路图，输入与输出关系 Vif0，题目要求输入电压范围为112V，而输出频率要求为 110KHZ，所以该 VFC 电路需有 1khz/v 的换系数。输入有信 号电压 Vin 时，积分电容充电，积分器输出下降，当电压降至触发器的触发电平（1/3Vcc），555 置位，输 出 高 电 平，使得积分电容通过恒流源反向充电； 当电容C2电压上升到 2/3Vcc 时，又使555 复位，积分

9、电容又开始充电，从而形成振荡。因为单稳态电路的充电时间 tw=1.1*R9*C3,选取 R9 为 43k,C3 为 1000p，确定充电时间约为 0.05ms。根据所采用的恒 流源电路及参数设置以及输入电压与输出频率的关系，可确定恒流源对积分电容反向充电时间，由于积分电路Uo=(-Ui/R1*C1)t,从而确定 C1=0.1uf，R1=20K。第四章、电路的仿真1、输入电压为1V时2、输入电压为5V时3、输入电压为10V时第五章、结束语1、收获与体会两周的课程设计，相较于之前所作的数电课程设计，此次更增加了自己的动手实践能力。理论与实践还是有一定的差距的，在理论上不管多精确的数据，一旦用于实际

10、中，就不得不考虑其仪器，器件的误差，以及自己操作上的能力。而且，比起以往只要照着电路连线做实验，这次更添加了自己的思考，该选择怎样的电阻，电容，想要修改最后的输出，应该在什么地方做改变。虽然是一些很基础的东西，但仅仅是书上的理论学习，会让人对知识遗忘得比较快，相反，通过自己动手实践过的东西，会更加记忆深刻。看着自己连接出来的电路，并且系统是活的。【参考文献】模拟电子技术基础 华成英 童诗白 主编 清华大学电子学教研组 编答辩记录及评分表 课题名称电压/频率转换器答辩教师（职称）倪 琳 答辩时间20122013 学年第 二 学期 第 15 周答辩记录1、由电压的变化怎样得到的频率变化?答：利用输入电压的大小改变电容的充电速度，从而改变振荡电路的振荡频 率，2、积分器作为输入电路是怎样起的作用?答：积分器的输出信号去控制电压比较器或者单稳态触发 器，可得到矩形脉冲输出，由输出信号电平通过一定反馈方式控制积分电容恒流放电， 当电容放电到某一域值时，电容 C 再次充电。3、电子开关为什么采用三极管的形式?答：当触发器的输出为高电平时，三极管饱和导通，输出近似为 0，当触发器输出为低电平时，三极管截止，输出近似等于+Vcc,从而由不同的输入来影响输出.4、输出波形极