电压—频率转换电路.doc

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1、模拟电路课程设计报告设计课题：电压/频率转换电路专业班级：09电信本学生：赖新学　　号：090802016　　　　指导教师：曾祥华设计时间：二0一一年一月一日目录一、设计任务与要求二、方案设计与论证1、方案一：电荷平衡式电路2、方案二：复位式电路三、单元电路设计与参数计算1、±12V直流稳压电源2、积分器3、滞回比较器四、总原理图及元器件清单五、安装与调试六、性能测试与分析1、直流源的性能测试与分析2、电压—频率转换电路的性能测试与分析七、结论与心得八、参考文献附：物理与电子信息学院模拟电路课程设计成绩评定表电压/频率转换电路一、设计任务与要求①将输入的直流电压（10组以上正电压）

2、转换成与之对应的频率信号。②用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V）。（提示：用锯齿波的频率与滞回比较器的电压存在一一对应关系，从而得到不同的频率.）二、方案设计与论证电压-频率转换电路（VFC）的功能是将输入直流电压转换成频率与其数值成正比的输出电压，故也称为电压控制振荡电路（VCO），简称压控振荡电路。通常，它的输出是矩形波。方案一、电荷平衡式电路：如图所示为电荷平衡式电压-频率转换电路的原理框图。　　电路组成：积分器和滞回比较器，S为电子开关，受输出电压uO的控制。　　设uI<0，；　　uO的高电平为UOH，uO的低电平为UOL；　　当uO=UO

3、H时，S闭合，当uO=UOL时，S断开。　　当uO=UOL时，S断开，积分器对输入电流iI积分，且iI=uI/R，uO1随时间逐渐上升；当增大到一定数值时，从UOL跃变为UOH，使S闭合，积分器对恒流源电流I与iI的差值积分，且I与iI的差值近似为I，uO1随时间下降；因为，所以uO1下降速度远大于其上升速度；当uO1减小到一定数值时，uO从UOH跃变为UOL回到初态，电路重复上述过程，产生自激振荡，波形如图(b)所示。　　由于T1>>T2，振荡周期T≈T1。uI数值愈大，T1愈小，振荡频率f愈高，因此实现了电压-频率转换，或者说实现了压控振荡。　　电荷平衡式电路：电流源I对电容C

4、在很短时间放电的电荷量等于iI在较长时间充电的电荷量。方案二、复位式电路：电路组成：　　复位式电压-频率转换电路的原理框图如图所示，电路由积分器和单限比较器组成，S为模拟电路开关，可由三极管或场效应管组成。　　工作原理：　　设输出电压uO为高电平UOH时S断开，uO为低电平UOL时S闭合。当电源接通后，由于电容C上电压为零，即uO1=0，使uO=UOH，S断开，积分器对uI积分，uO1逐渐减小；一旦uO1过基准电压UREF，uO将从UOH跃变为UOL，导致S闭合，使C迅速放电至零，即uO1=0，从而uO将从UOL跃变为UOH，；S又断开，重复上述过程，电路产生自激振荡，波形如图（b

5、）所示。uI愈大，uO1从零变化到UREF所需时间愈短，振荡频率也就愈高比较两方案可知，电荷平衡式电路的满刻度输出频率高，线性误差小，精度高，且电路简单、元器件较常见、能容易获得。故采用方案一—电荷平衡式电路。三、单元电路设计与参数计算（一）±12V直流稳压电源根据其设计流程图：采用桥式整流电容滤波集成稳压块正负直流电源电路，原理图如下：直流电源四个组成部分分析：1、电源变压器。其电路图如下：由于要产生±12V的电压，所以在选择变压器时变压后副边电压u2应大于24V，由现有的器材可选变压后副边电压u2为15V的变压器。2、整流电路。其电路图如下：桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向

6、导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。3、滤波电路。其电路图如下：滤波电容容量较大，一般采用电解电容器。电容滤波电路利用电容的充放电作用，使输出电压趋于平滑。滤波电路输出电压波形如下：4、稳压电路。我们知道，三端式稳压器由启动电路、基准电压电路、取样比较放大电路、调整电路和保护电路等部分组成。调成管决定输出电压值。由于本课程设计要求±12V的输出电压，所以我们选用7812和7912的三端稳压管（二）积分器积分电路的输入电压Ui和输出电压U

7、o的波形。由于τ>>tp，电容缓慢充电，其上的电压在整个脉冲持续时间缓慢增长，当还未增长到趋于稳定值时，脉冲已告终止（t=t1）。以后电容经电阻缓慢放电，电容上电压也缓慢衰减。在输出端输出一个锯齿波电压。时间常数τ越大，充放电越是缓慢，所得锯齿波电压的线性也就越好。从波形上看，u2是对u1积分的结果。因此这种电路称为积分电路。在脉冲电路中，可应用积分电路把矩形脉冲变换为锯齿波电压，作扫描等用。积分电路如图所示: 其中Rf是为了防止集成运放饱和。运算关系：uo=−1/R