电压频率和频率电压转换电路的设计.doc

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1、设计一个V/F转换器，研究其产生的输出电压的频率随输入电压幅度的变化关系。1绪论（1）电压/频率转换即v/f转换，是将一定的输入信号按线性的比例关系转换成频率信号，当输入电压变化时，输出频率也响应变化。它的功能是将输入直流电压转换频率与其数值成正比的输出电压，故也称电压控制振荡电路。如果任何一个物理量通过传感器转换成电信号后，以预处理变换为合适的电压信号，然后去控制压控振荡电路，再用压控振荡电路的输出驱动计数器，使之在一定时间间隔记录矩形波个数，并用数码显示，那么可以得到该物理量的数字式测量仪表。图1数字测量仪表电压/频率电路是一种模/数转换电路，它应用于模/数转换，

2、调频，遥控遥测等各种设备。（2）F/V转换电路F/V转换电路的任务是把频率变化信号转换成按比例变化的电压信号。这种电路主要包括电平比较器、单稳态触发器、低通滤波器等电路。它有通用运放F/V转换电路和集成F/V转换器两种类型。1.1设计要求设计一个将直流电压转换成给定频率的矩形波的电路,要求包括：积分器；电压比较器和一个将给定频率的矩形波转换为直流电压的电路，要求包括：过零比较器、单稳态触发器、低通滤波器等。1.2设计指标(1）输入为直流电压0-10V，输出为f=0-500Hz的矩形波。（2）输入ui是0~10KHZ的峰-峰值为5V的方波，输出uo为0~10V的直流电压

3、。2设计容总体框图设计2．1V/F转换电路的设计2.1.1工作原理及过程积分器和滞回比较器首尾相接形成正反馈闭环系统，如图2所示，比较器输出的矩形波经积分器积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成矩形波，这样便可构成三角波，矩形波发生器。由于采用集成运放组成的积分电路，因此可以实现恒流充电，能够得到比较理想的矩形波。通过分析可知，矩形波幅值大小由稳压管的稳定电压值决定，即方波的幅值。矩形波的振荡频率2.1.2模块功能积分器：积分电路可以完成对输入电压的积分运算，即输入电压与输出电压的积分成正比。滞回比较器：用来输出矩形波，积分器得到的三角波可触发比较器自动翻转

4、形成矩形波。稳压管：用来确定矩形波的幅值。图2总体框架图2.2功能模块的设计2.2.1积分电路工作原理积分电路可以完成对输入电压的积分运算，即输入电压与输出电压的积分成正比。由于同相积分电路的共模输入分量大，积分误差大，应用场合少，所以不予论述，本课程设计用到的是反相积分电路。图3积分器反相积分电路如图3所示，电容器C引入交流并联电压负反馈，运放工作在线性区。由于积分运算是对瞬时值而言的，所以各电流电压均采用瞬时值符号。由电路得因为“-”端是虚地，即U-=0,并且式中是积分前时刻电容C上的电压，称为电容端电压的初始值。所以把代入上式得当时若输入电压是图所示的阶跃电压，

5、并假定,则t>=0时，由于，所以由此看出，当E为正值时，输出为反向积分，E对电容器恆流充电，其充电电流为E/R，故输出电压随线性变化。当向负值方向增大到集成运放反向饱和电压时，集成运放进入非线性工作状态，保持不变，图3所示。如输入是方波，则输出将是三角波，波形关系如图4所示。当时间在0～期间时，电容放电当t=1时，当时间在～期间时，电容充电，其初始值所以当t=时，。如此周而复始，即可得到三角波输出。图4波形变换上述积分电路将集成运放均视为理想集成运放，实际中是不可能的，其主要原因是存在偏置电流，失调电压，失调电流及其温漂等。因此，实际积分电路uo与输入电压关系与理想情

6、况有误差，情况严重时甚至不能正常工作。解决这一情况最简便的方法是，在电容两端并接一个电阻，利用引入直流负反馈来抑制上述各种原因引起的积分漂移现象。但数值应远大于积分时间，即T/2，T为输入方波的周期否则的自身也会造成较大的积分误差，电路如图4所示.2.2.2滞回比较器简单的电压比较器结构简单，而且灵敏度高，但它的抗干扰能力差，如果输入信号因受干扰在阀值附近变化，如图所示，现将此信号加进同相输入的过零比较器，则输出电压将发生不应该出现的跳变，输出电压波形如图所示。用此输出电压控制电机等设备，将出现错误操作，这是不允许的。滞回比较器能克服简单的比较器抗干扰能力差的缺点，滞

7、回比较器如图5所示。滞回比较器具有两个阀值可通过电路引入正反馈获得。图5滞回比较器按集成运放非线性运用特点，根据下列公式可得知，输出电压发生跳变的临界条件是。从图5可得当时所对应的值就是阀值，即当时得上阀值：当时得下阀值：由阀值可画出其传输特性。假设为负电压，此时<输出为，对应其阀值为上阀值。如逐渐使上升，只要>，则输出将不变，直至>=时，>，使输出电压由突跳至，对应其阀值为下阀值。再继续上升，>关系不变，所以输出不变。之后逐渐减少，只要>，输出+仍维持不变，直至<=时，u+<=u-，输出再次突变，由下跳至。其同相滞回比较器的传输特性如图6所示。同样