模电报告(v%2Ff转换电路)
VF FV
第一阶段：当加入ui,由于ui>u0,输入不娇气输出高电平->S=1->Q=1
->VT1管饱和导通->u0=0;与此同时，Q=1->电流源开关S闭合->精密电流 源输出电流Is对Cl充电->u6逐渐上升;Q=1->VT2管截止->电源E经Rt向Ct
TTL逻辑电平输入F/V转换电路图
AD650的典型应用
在对现场信号检测中，经常遇到信号隔离传送问题，尤其是单片机测 试系统，采用V/F,F/V转换技术可以方便地实现模拟信号的隔离传送
模拟信号隔离传送
通过V/F,光耦合，F/V转换，实现了信号隔离， 保证了单片机系统的安全
在智能化仪表中的应用
在智能化仪表中,使用AD650V/ F 转换器作为零点 自动校正 , 不仅能 提供仪器的测量精度 , 而且能够大大简 化硬件设备 , 因为 A D 650 只有 一根线与单片微型计算机相连 。 现 以某一智能仪表为例 , 说 明芯片 的 应用 。由 A D 6 5 0 芯片和 单片微型 计算机组成 的零点 自动 校正线路 如 下图 所示：
电压转换频率：
利用物理量通过传感器转换成电信号，经预处理变换为合 适的电压信号，然后去控制压控震荡器电路，再用压控震 荡电路的输出驱动计数器，使之在一定时间间隔内记录矩 形波。总的流程如下图所示：
两种电路[2]：
方案一：电荷平衡式压控电路器（锯齿波发生电路演变为电压-频率转 换电路） 如图一所示，由积分器和滞回比较器组成，S为电子开光， 受输出电压U0控制。
积分 电阻 Rint 选择：
积分电阻 Rint 的 的值是按照输入满度电压时所需要的输入电流来 计算。为 了保证满度对输出信号的占空比为25% ,一般取满度时的输人电 流为0. 25mA,则 积分电阻 Rint 为
V-F与F-V转换电路
C2
VIN +15V
偏移调节 -15V
增益调节 R2 R1
R5 RIN R4
-15V 0.1μF
单稳触发器电容 +V逻辑 R3
FOUT
-IN 1
NC- 2
NC- 3 -VCC 4
5 C1 NC- 6 FOUT 7
+A -
1mA
单稳态 -VS 触发器
W1 W2 比较器
14 +IN 13 VOUT 12 +VCC
若要求输入脉冲频率FIN=10KHz时输出电压VOUT=10V，可使 R1+R2=40KΩ，C1=3650pF，C2=0.01μF。
单片机原理与应用
中ADVFC32的内部结构与引脚分布如图7.40所示，有14个引脚，采
用双列直插式结构。在联接使用时，主要外接的器件有电阻RIN、积 分电容器C2，输出电阻R3以及单稳定时器电容C1。这些器件的参数可 由下列公式计算：
C1
3.3105 Fmax
3.010小于1000pF）
C
+VS
VIN
R
IIN
A
+
VINT
比较器
W1 W2
RX CX 单稳态定时器
RL
Vo
(f)
S IR
-VS
图7.38 V/F转换器原理图
假设开始时单稳态定时器输出低电平，恒流源与反相输入端
开路。这时流过积分器的电流只有输入电流IIN。该电流对积分 电容器C充电，使积分器输出VINT下降。下降到0V时比较器翻 转，触发单稳态定时器输出宽度为t0的正脉冲，使模拟开关S闭 合，恒流源向积分电容器C反向充电（也称为电容器放电），
单片机原理与应用
西工大模电实验报告 电压 频率转换电路
实验报告实验名称: 电压/频率转换电路学院: 航海学院专业: 信息对抗技术班级: 03051001姓名:学号:同组成员:一、实验目的1)掌握用仿真软件模拟测试分析电压/频率转换电路。
2)学习电压/频率转换电路，了解电路工作原理。
3)学习电路参数的调整。
二、实验原理电压/频率转换电路(V oltage Frequency Converter,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，故称为电压控制振荡电路(V oltage Controlled Oscillator,VCO)，简称压控振荡电路。
可以认为电压/频率转换电路是一种模拟量到数字量的转换电路。
3.3-1 电压/频率转换框图本实验的流程框图如图3.3-1所示。
根据框图，用两个运算放大器分别组成积分器与比较器，得到电压/频率转换电路，仿真电路如图所示。
图中运算放大器UIA与电容及电阻构成积分电路。
UIA的反向输入端电位与同向输入端电位几乎相等，即iV R R R V V 434+==+- (3.3-1)式中V i 是控制电压，它是正值。
将R 3=R 4带入式(3.3-1)，得i V V V 21==+-(3.3-2)运算放大器UIC 与R 6,R 7构成滞回比较器。
当它的输出电压V o2为低电平时，三极管截止，此时积分电路中电容充电的电流为1R V V I i C --=(3.3-3)将式(3.3-2)代入式(3.3-3)，得12R V I i C =(3.3-4)电容充电时，V o1将逐渐下降。
当它下降到27661o o V R R R V +-=时，比较器发生跳转，使得V o2变为高电平，此时三极管饱和导通，电容开始放电，三极管的集电极与发射极之间的压降很小，一般可忽略不计，因此，电容放电的电流为2121'R V R V V I I I i R R C ----≈-= (3.3-5)将式(3.3-2)和1221R R =带入式(3.3-5)，得12'R V I i C -≈ (3.3-6)由式(3.3-6)和式(3.3-4)可知，电容放电电流与充电电流的大小基本相等，方向相反，而且它们的绝对值与控制电压成正比。
V_F转换电路
V/F转换器LM331在AD转换电路中的应用数据的采集与处理广泛地应用在自动化领域中,由于应用的场合不同,对数据采集与处理所要求的硬件也不相同.在控制过程中,有时要对几个模拟信号进行采集与处理,这些信号的采集与处理对速度要求不太高,一般采用AD574或ADC0809等芯片组成的A/D转换电路来实现信号的采集与模数转换，而AD574 和ADC0809等A/D转换器价格较贵，线路复杂,从而提高了产品价格和项目的费用.在本文中,从实际应用出发,给出了一种应用V/F转换器LM331芯片组成的A/D转换电路，V/F转换器LM331芯片能够把电压信号转换为频率信号，而且线性度好，通过计算机处理，再把频率信号转换为数字信号，就完成了A/D转换。
它与AD574等电路相比，具有接线简单，价格低廉，转换精度高等特点，而且LM331芯片在转换过程中不需要软件程序驱动，这与AD574等需要软件程序控制的A/D转换电路相比，使用起来方便了许多。
一. 芯片简介LM331是美国NS公司生产的性能价格比比较高的集成芯片。
它是当前最简单的一种高精度V/F转换器、A/D转换器、线性频率调制解调、长时间积分器以及其它相关的器件。
LM331为双列直插式8引脚芯片，其引脚框图如图1所示。
图1 LM331逻辑框图LM331 各引脚功能说明如下:脚1 为脉冲电流输出端,内部相当于脉冲恒流源,脉冲宽度与内部单稳态电路相同;脚2 为输出端脉冲电流幅度调节,RS 越小,输出电流越大;脚3 为脉冲电压输出端,OC 门结构,输出脉冲宽度及相位同单稳态,不用时可悬空或接地;脚4 为地;脚5 为单稳态外接定时时间常数RC ;脚6 为单稳态触发脉冲输入端,低于脚7 电压触发有效,要求输入负脉冲宽度小于单稳态输出脉冲宽度Tw ;脚7 为比较器基准电压,用于设置输入脉冲的有效触发电平高低;脚8 为电源Vcc , 正常工作电压范围为4～40V。
线性度好, 最大非线性失真小于0. 01 % , 工作频率低到0. 1Hz 时尚有较好的线性;变换精度高数字分辨率可达12 位; 外接电路简单, 只需接入几个外部元件就可方便构成V/ F 或F/ V 等变换电路,并且容易保证转换精度。
V_F线性转换电路课设报告
线性V/F转换目录1、设计要求和任务 (2)2、总体方案选择的论证 (2)3、单元电路的设计 (2)4、总体电路图 (11)5、组装和调试 (11)6、所用元器件的编号列表 (15)7、收获、体会和建议 (16)8、列出参考文献 (17)9、附录 (18)1一、设计要求和任务（1）、输入信号0~10V的直流电压，线性输出频率为0~10KHZ的矩形波。
（2）、转换精度：绝对误差<=20HZ。
（3）、矩形波的波形要求：脉冲宽度为20~40us，幅度为0~10v。
二、总体方案选择的论证三、单元电路的设计（1）、输入信号（Vi'）实现电路：分压电路原理及作用：将滑动变阻器与定值电阻串联达到分压的效果，通过调节滑动变阻器可以调节输出电压Vi’的大小。
2电路图如下：输出电压计算如下：V1m=12V*10/(10+2)=10.0V,即输出电压可从0V变到10.0V。
（2）、阻抗变换（Vi）实现电路：高输入阻抗，低输出阻抗的电压跟随器原理及作用：共集电路的输入高阻抗，输出低阻抗的特性，使得它在电路中可以起到阻抗匹配的作用，能够使得后一级的放大电路更好的工作。
电压隔离器输出电压近似输入电压幅度，并对前级电路呈高阻状态，对后级电路呈低阻状态，因而对前后级电路起到“隔离”作用。
电压跟随器作中间级，以“隔离”前后级之间的影响，此时称之为缓冲级。
基本原理还是利用它的输入阻抗高和输出阻抗低之特点。
电压跟随器的输入阻抗高、输出阻抗低特点，可以极端一点去理解，当输入阻抗很高时，就相当于对前级电路开路；当输出3阻抗很低时，对后级电路就相当于一个恒压源，即输出电压不受后级电路阻抗影响。
一个对前级电路相当于开路，输出电压又不受后级阻抗影响的电路当然具备隔离作用，即使前、后级电路之间互不影响。
电路图如下：失调电阻的计算：为了使电路的输出在整个电压输入的范围内平均误差最小，则取Rw=5kΩ时，计算失调电阻，由运算放大器及深度反馈知识可得：R2=5//(10+2)=3.3(kΩ)（3）、二次积分控制电路（Vc）实现电路：压控振荡器原理及作用：利用集成运放可以构成精度高、线性好的压控振4荡器。
VF FV电路
VF FV电路1.1 简介在某些高电压，强磁场，干扰大的场合，为了保证模拟量信号能够稳定可靠的传输，要求所以模拟量信号进行光纤隔离。
采用基于光纤通信的V/F(电压/频率),F/V(频率/电压)变换以光信号形式传输电压模拟量信号。
V/F,F/V变换的核心是VFC，FVC变换器，VFC的主要功能是在规定的精度和频率要求范围内将模拟电压信号转换成具有一定逻辑电平的数字脉冲信号，该信号的频率与电压信号成正比。
然后将该信号通过光纤发送器已光信号形式发送出去，在另一端由光纤接收器接收转换成具有一定逻辑电平的数字脉冲信号。
FVC功能相反，在一定精度和频率范围内将某一个频率的数字信号转换成模拟量输出。
这样就实现了模拟量信号的光纤传输，传输系统框图如图1.1所示。
图1.1VF/FV传输系统组成框图模拟量信号发送接收电路组成框图如图1.2所示。
图1.2 模拟量参数光纤隔离组成框图VF与FV硬件变换电路如图1.3-1.4如图所示，核心器件是AD650，AD650是ADI公司生产的高精度电压频率转换器，内部由积分器，精密电流源，比较器，单稳多谐振荡器等组成。
既能用作电压频率转换器，又可以做频率电压转换器，在通讯，远距离传输，仪器仪表等领域得到了广泛应用。
AD650[27]具备如下特点：（1）满刻度频率达到1MHz；（2）非线性度低，在10 kHz满量程时，AD650的线性误差典型值为20 p pm（满量程的0.002%），最大值为50 ppm(0.005%)。
这大约相当于模数转换器电路的14位线性度。
100kHz的非线性度小于0.005%，1MHz的非线性度小于0.07%；（3）既能用于电压频率转换，又能用于频率电压转换；（4）功耗较低，在正负15V供电电压下，工作电流小于15mA;（5）工作温度范围宽(-40~85);（6）输入电压范围宽;图1.3 VF变换电路图1.4FV变换电路1.2 补充（1）仅考虑输入模拟量是直流量的情况，如若有兴趣，可以继续思考输入的模拟量信号不是直流量，而是具有一定频率的交流量信号(比如要求输入的模拟量信号达到1KHZ)，应该如何选择设计电路参数？请仔细研读AD650的DATASHEET，多在ADI官网查阅资料。
模电课程设计(线性VF转换)
答疑安排： B339室杨老师； B231室刘老师、卢老师 7月1日~7月3日：8:30 ~ 16:00；
验收安排：A班由刘老师验收，B班由卢老师验收
Vi (T1+T2 ) VRT2
RC
RC
T
( R)( VR R Vi
)T2
T
( R)( VR R Vi
)T2
f 1 T
常数
f
( R )( 1 R VRT2
)vi
T2=tw
由设计要求：Vi：0~10V f：0~10kHz 得出：f =103Vi
各元件参数 取值的依据
Vi
Vi
VC
V0
-VR
三极管模拟开关电路
仅能使用一次。
❖ 升级版：Multisim 10.0 安装文件大小：315MB
特点：需安装软件并破解，器件库相对完善，示波器等 仿真仪器可多次使用。
➢EWB5软件下载路径：东华主页 / 院系导航 / 信息学院 /电工电子实验中心 / 实验资料 / EWB5c.rar下载
➢Multism 10.0 软件拷贝：综合楼B339杨上河老师
Vi
Vi
VC
V0
-VR
(1) 当VC=0时； V0=1(高电平)
T饱和 -VR接入电路
运放实现二次积分，vC对应T2
(2) 当tw高电平结束时； V0=0
-VR
T截止
运放实现反向积分，vC对应T1
控制晶体管工作在理想开关状态
仿真软件
❖ 简易版：EWB5
安装文件大小：14.3MB
特点：即插即用型，但器件库较小，示波器等仿真仪器
析产生误差的原因，提出改进措施。
VFFV转换在工业控制中的应用
V/F\F/V转换在工业控制中的应用摘要：在工业控制中，经常用到信号远距离传输，采用电压信号传输，易受干扰，一般要转换成频率信号传输。
本文介绍了基于LM331的压/频（V/F）、频/压（F/V）转换的应用方法，提高了信号远距离传输的精度。
关键词：V/F；F/V；工业控制；LM331在一些工业控制场合，信号获取的地方距离控制器比较远，或者被控制对象离处理器比较远，这时就需要进行信号传输。
电压信号在传输的过程中易受到干扰，一般要转换成频率信号来传输，提高系统抗干扰能力。
本文介绍了基于LM331的压/频（V/F）、频/压（F/V）转换的应用方法，保证了工业现场远距离信号的传输。
1F/V、V/F转换器LM331LM331是美国NS公司生产的高性价比集成芯片，它采用了新的温度补偿能隙基准电路，在整个工作温度范围内和低到4.0 V电源电压下都有很高的精度。
LM331的动态范围宽，可达100 dB；线性度好，最大非线性失真小于0.01%，工作频率低到0.1 Hz时尚有较好的线性；变换精度高，数字分辨率可达12位。
功耗低（5 V电源供电时，功耗为15 mW）、体积小（标准8脚DIP封装），LM331引脚分配见图1。
图1LM331引脚图1脚IO是电流输出端。
它是内部一个精密电流源的输出端，该脚流出的电流为基本电路中的CL 充电。
2脚IS是参考电流。
该引脚由内部的一个电流泵提供50～500 μA的电流，该端外接一个电阻RS 到地，实际应用时取4～150 kΩ可调。
3脚fout是脉冲频率输出端。
输入电压经过V/F转换后的矩形波由此输出，其内部是一个晶体管的集电极，且为集电极开路输出，因此外部必须接有上拉电阻到正电源。
4脚GND是接地端。
5 脚R/C是外接定时电阻Rt 和定时电容Ct，它们是内部单稳态定时电路的定时元件。
6 脚Vt是阈值电压。
该端是内部一个比较器的反相输入端，该端电压与7脚的输入电压UIN比较，并根据比较结果启动内部的单稳态定时电路。
lm331v-f转换电路工作原理
lm331v-f转换电路工作原理LM331V-F是一种精密电压转频器，广泛应用于电压到频率转换的各种电路中。
其工作原理如下：LM331V-F的核心元件是一个电流源和一个比较器。
电流源产生一个精确的电流，比较器将输入电压与这个电流进行比较，然后输出一个数字脉冲，其频率和输入电压成正比。
具体来说，当输入电压高于电流源时，比较器的输出为高电平；当输入电压低于电流源时，比较器的输出为低电平。
通过这种方式，LM331V-F将输入电压转换为一个以高低电平代表的数字信号。
在LM331V-F中，电流源是通过一个稳压二极管和一个电阻网络实现的。
稳压二极管使得电流源的输出电流非常稳定。
而电阻网络则可以通过调节电阻值来控制电流源的输出电流大小。
比较器部分采用了一个差动放大器，通过与电流源进行比较来判断输入电压的高低。
差动放大器接收到输入电压后，会将电压进行放大，并与电流源的输出电流进行比较。
比较结果决定了输出的数字信号的高低电平。
除了电流源和比较器，LM331V-F还包含了其他一些辅助电路。
例如，它可以通过一个外部电阻来调节输出的脉冲宽度。
当输入电压增加时，输出脉冲的宽度也会相应增加。
LM331V-F还具有一些保护功能，比如内置的过热保护和短路保护。
过热保护功能可以防止芯片因工作温度过高而损坏，短路保护功能可以防止芯片因输出短路而损坏。
总结起来，LM331V-F的工作原理是通过将输入电压与一个精确的电流进行比较，并将比较结果转换为一个数字信号。
它通过电流源、比较器和其他辅助电路实现了这一功能，并具有一些保护功能来保证芯片的可靠工作。
参考内容：1. Texas Instruments, "LM331V-F Precision Voltage-to-Frequency Converter" datasheet.2. Texas Instruments, "LM331V-F Precision Voltage-to-Frequency Converter" application note.3. Frederick Emmons Terman, "Electronic and Radio Engineering", McGraw-Hill Book Company, 1955.4. Jacob Millman, "Microelectronics: Digital and Analog Circuits and Systems", McGraw-Hill Education, 1979.5. Robert L. Boylestad and Louis Nashelsky, "Electronic Devices and Circuit Theory", Pearson Education, 2014.。
电压电流与电压频率转换电路（VI、VF电路）
电压电流与电压频率转换电路（VI、VF电路）标签：⽆标签电压/电流与电压/频率转换电路（V/I、V/F电路）1 电压/电流转换电路电压/电流转换即V/I转换，是将输⼊的电压信号转换成满⾜⼀定关系的电流信号，转换后的电流相当⼀个输出可调的恒流源，其输出电流应能够保持稳定⽽不会随负载的变化⽽变化。
V/I转换原理如图1。
由图1可见，电路中的主要元件为⼀运算放⼤器LM324和三极管BG9013及其他辅助元件构成，V0为偏置电压，Vin为输⼊电压即待转换电压，R 为负载电阻。
其中运算放⼤器起⽐较器作⽤，将正相端电压输⼊信号与反相端电压V -进⾏⽐较，经运算放⼤器放⼤后再经三极管放⼤，BG9013的射级电流Ie作⽤在电位器Rw 上，由运放性质可知：V-= Ie·Rw= (1+ k)Ib·Rw(k为BG9013的放⼤倍数)流经负荷R 的电流Io即BG9013的集电极电流等于k·Ib。
令R1=R2，则有V0+Vm= V+= V-= (1+k)Ib·Rw= (1+1/k)Io·Rw其中k》1，所以Io≈ (Vo+Vin)/Rw。
由上述分析可见，输出电流Io的⼤⼩在偏置电压和反馈电阻Rw为定值时，与输⼊电压Vin成正⽐，⽽与负载电阻R 的⼤⼩⽆关，说明了电路良好的恒流性能。
改变V0的⼤⼩，可在Vin=0时改变Io的输出。
在V0⼀定时改变Rw的⼤⼩，可以改变Vin与Io 的⽐例关系。
由Io≈(V0+Vi)/Rw 关系式也可以看出，当确定了Vin 和Io之间的⽐例关系后，即可⽅便地确定偏置电压V0和反馈电阻Rw。
例如将0～5V 电压转换成0～5mA的电流信号，可令V0=0，Rw=1kΩ，其中Vo=0相当于将其直接接地。
若将0～5V电压信号转换成1～5mA电流信号，则可确定V0=1.25V，Rw=1.25kΩ。
同样若将4～20mA 电流信号转换成1～5mA电流信号，只需先将4～20mA转换成电压即可按上述关系确定V0和Rw 的参数⼤⼩，其他转换可依次类推。
F-V转换电路模拟电路课程设计
线性F/V转换：志豪班级：电信1208班学号：120900812桌号：36号目录第一章、设计概述与要求 (1)一、设计概述 (1)二、设计任务及要求 (1)（一）设计任务 (1)（二）设计要求 (1)第二章、设计方案与论证 (1)一、设计原理 (1)二、原理框图 (2)三、单元电路方案论证 (2)第三章、单元电路设计与分析 (8)一、输入信号 (8)二、交流信号放大电路 (8)三、波形转换电路 (9)四、微分电路 (10)五、单稳电路 (11)六、滤波电路 (13)七、直流放大电路 (13)第四章、电路的组够与调试 (16)一、遇到的主要问题和解决方案 (16)二、实验数据记录 (16)第五章总结 (16)第六章仪器、仪表、元器件介绍 (17)参考文献： (18)附：电路总图.....................................................................................................................................................错误!未定义书签。
第一章、设计概述与要求一、设计概述线性F/V转换在很多场合均有应用，如涡流计量计、脉冲转速表、调频遥测技术中恢复原始信号等。
它把输入的频率信号直接变换成直流电压输出信号，并且此直流电压输出与输入信号的频率成正比。
通过本次课程设计，应在了解线性F/V转换器设计原理及构成的基础上，利用集成运算放大器、单稳电路、滤波电路以及信号放大电路等构成整个小系统，设计完成一个线性F/V转换器，通过改变输入信号的频率，实现对直流输出电压的线性变换。
二、设计任务及要求（一）设计任务选取基本集成放大器LF353、555定时器、二极管和电阻、电容等元器件，设计并制作一个简易的线性V/F转换器。
首先，在EWB软件平台环境下进行电路设计和原理仿真，选取合适的电路参数，通过输出波形的直流电压值测试线性F/V转换器的运行情况。
V_F转换电路
V/F转换器LM331在AD转换电路中的应用数据的采集与处理广泛地应用在自动化领域中,由于应用的场合不同,对数据采集与处理所要求的硬件也不相同.在控制过程中,有时要对几个模拟信号进行采集与处理,这些信号的采集与处理对速度要求不太高,一般采用AD574或ADC0809等芯片组成的A/D转换电路来实现信号的采集与模数转换，而AD574 和ADC0809等A/D转换器价格较贵，线路复杂,从而提高了产品价格和项目的费用.在本文中,从实际应用出发,给出了一种应用V/F转换器LM331芯片组成的A/D转换电路，V/F转换器LM331芯片能够把电压信号转换为频率信号，而且线性度好，通过计算机处理，再把频率信号转换为数字信号，就完成了A/D转换。
它与AD574等电路相比，具有接线简单，价格低廉，转换精度高等特点，而且LM331芯片在转换过程中不需要软件程序驱动，这与AD574等需要软件程序控制的A/D转换电路相比，使用起来方便了许多。
一. 芯片简介LM331是美国NS公司生产的性能价格比比较高的集成芯片。
它是当前最简单的一种高精度V/F转换器、A/D转换器、线性频率调制解调、长时间积分器以及其它相关的器件。
LM331为双列直插式8引脚芯片，其引脚框图如图1所示。
图1 LM331逻辑框图LM331 各引脚功能说明如下:脚1 为脉冲电流输出端,内部相当于脉冲恒流源,脉冲宽度与内部单稳态电路相同;脚2 为输出端脉冲电流幅度调节,RS 越小,输出电流越大;脚3 为脉冲电压输出端,OC 门结构,输出脉冲宽度及相位同单稳态,不用时可悬空或接地;脚4 为地;脚5 为单稳态外接定时时间常数RC ;脚6 为单稳态触发脉冲输入端,低于脚7 电压触发有效,要求输入负脉冲宽度小于单稳态输出脉冲宽度Tw ;脚7 为比较器基准电压,用于设置输入脉冲的有效触发电平高低;脚8 为电源Vcc , 正常工作电压范围为4～40V。
线性度好, 最大非线性失真小于0. 01 % , 工作频率低到0. 1Hz 时尚有较好的线性;变换精度高数字分辨率可达12 位; 外接电路简单, 只需接入几个外部元件就可方便构成V/ F 或F/ V 等变换电路,并且容易保证转换精度。
实验十电压—频率VF变换器
实验思考题： 1. 列举555电路的其他应用？
输入电压Vi越大，积分电流Vi/R1就越大， 运放的输出电压上升越快，555定时器输出 方波频率越高。经分析，输出频率的公式 为：
f=Vi/10R1C1
实验元器件：
集成运放 μ A741 1片
集成定时器 NE555 1片
电阻
100K 2只，15K 1只，10K 1只
电容
1000pF 1只， 33pF 1只
实验十 电压—频率（V/F）变换器
实验目的：
1.实现电压—频率的变换。
2.掌握电压—频率转换电路的工作原理和基 本特性。
实验原理：
由运算放大器555定时器组成的V/F变换器电路如下图 所示：
其工作原理是：
当555定时器输出近15伏时，3CJ1E截止， 运放输出完成积分运算，当运放的输出上升到 10伏时，555定时器输出变为低电平（0伏）， 3CJ1E开始导通，运放输出电压迅速下降；当 输出电压下降到5伏时，555定时器输出又变为 15伏（高电平），3CJ1E再次截止，运放的输 出电压又开始积分上升。如此反复，形成震荡。
湿度测量装置中V-F转换电路的设计
摘要湿度和温度是生产生活中十分重要的物理量。
因此，湿度和温度的测量也越来越被人们所重视。
温度、湿度测量仪器具有多样性的特点，它们基于不同的物理原理，在使用中应根据实际情况进行选择。
由于传感器输出的信号是电压信号，是模拟量所以不能由微机直接进行处理，因此，就需要一个中间信号转换环节，将电压信号转换为微机能够处理的频率信号。
这就是本文所要研究的主要内容：V—F转换电路的设计与调试。
在本文中，主要论述了对室内湿度和温度进行测试的实验过程，对整个测试系统进行了研究与分析。
同时对其他形式的V—F转换进行探讨。
概括起来，本文主要包括以下几方面的内容：1.介绍了湿度测量的重要性和发展概况；2.介绍湿度的概念，湿度测量的一般方法和高分子湿度传感器原理；3.详细论述了测试系统中V—F转换电路的原理并进行调试；4.介绍温度传感器和温度测量方法，阐述如何实现测试装置中测温通道与测湿通道的切换；5.详细介绍了LM331的原理与应用；关键词湿度、V—F转换、温度传感器、LM331；I哈尔滨工业大学毕业设计（论文）AbstractHumidity and temperature are very important physic parameter in the manufacture life. Therefore, People pay more and more attention on the measurement of humidity and temperature. The instrument that used to measure humidity and temperature are various. They are based on different physic theory, should proceeds according to the actual circumstance in the usage choice. But the sensor's output signal is voltage. Which is analog that can not be deal with by computer? So a conversion is needed. It converts the voltage to frequency which can be proceeding by computer. That is primary content be discussed in the text: Design and Debugging of V-F conversion.In the text, primarily discussed the process that measuring indoor's humidity and temperature. Analyze the whole measurement. At the same time, discussing other V-F conversation. Summarize, this text includes primary content below:1.Introduced the importance of humidity measurement and its generaldevelopment.2.Introduced the concept of humidity; General method to measure humidity;the principle of macromolecule humidity sensor.3.Discussed the principle of V-F conversion; debugged the circuit.4.Introduced the temperature sensor and how to measure temperature;Expatiate how to realize the switch from humidity measurement to temperature measurement.5.Detailed introduced the principle and application of LM331Keywords：Humidity, V — F conversion, temperature sensor, LM331;II目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2湿度测量技术的发展 (1)1.3课题的选定 (2)第2章湿度及湿度测量系统简介 (3)2.1湿度的概念 (3)2.2电容式高分子湿度传感器的特点及其工作原理 (3)2.3传感器输出信号的处理 (4)2.4本章小结 (5)第3章湿度测试系统中V－F转换电路介绍 (6)3.1V－F转换原理框图 (6)3.2缓冲适调电路 (6)3.3伏秒脉冲产生电路 (7)3.4V－F转换电路详细介绍 (8)3.4.1 V－F转换的种类及性能 (8)3.4.2 单片集成V－F转换器 (9)3.5V－F转换电路图及芯片介绍。
模电课设FV转换电路设计与实现
模电课程设计姓名:XXX班级:电气XXXX班学号:XXXXXXXXX东华大学10级课题第一部分自制直流电源：AC220V DC±12V1—5页……………………………………………………………………………………………………………………….第二部分线性FV转换电路的设计与实现第一章设计背景与要求…………………………………………………………………………………………..设计要求……………………………………………………………………………………………………………………第二章系统概述……………………………………………………………………………………………………...2.1 设计思想与方案选择………………………………………………………………………………………….2.2 各功能块的组成………………………………………………………………………………………………….2.3 工作原理……………………………………………………………………………………………………………..第三章单元电路设计与分析…………………………………………………………………………………..3.1 各单元电路的选择……………………………………………………………………………………………..3.2 设计及工作原理分析………………………………………………………………………………………….第四章电路的组够与调试……………………………………………………………………………………….4.1 遇到的主要问题………………………………………………………………………………………………...4.2 现象记录及原因分析………………………………………………………………………………………...4.3 解决措施及效果…………………………………………………………………………………………………4.4 功能的测试方法、步骤……………………..………………………………………………………………第五章结束语………………………………………………………………………………………………………….5.1 对设计题目的结论性意见及进一步改进的意向说明……………………………………….5.2 总结设计的收获与体会……………………………………………………………………………………..第六章仪器、仪表、元器件介绍…………………………………………………………………………附图（电路总图及各个模块详图）………………………………………………………………………..参考文献……………………………………………………………………………………………………………………第一部分自制直流电源：AC220V→DC±12V一、设计背景：直流稳压电源广泛应用于各种电子产品,不同的电路对电源的要求是不同的。
vf转换
4. 电压一频率变换电路电压一频率变换电路（VFC）能把输入信号电压变换成相应的频率信号，即它的输出信号频率与输入信号电压值成比例，故又称之为电压控制振荡器（VCO）。
VFC广泛地应用于调频、调相、模／数变换(A/D)、数字电压表、数据测量仪器及远距离遥测遥控设备中。
由通用模拟集成电路组成的VFC电路，尤其是专用模拟集成V /F转换器，其性能稳定、灵敏度高、非线性误差小。
VFC电路通常主要由积分器、电压比较器、自动复位开关电路等三部分组成。
各种类型VFC电路的主要区别在于复位方法及复位时间不同而已。
下面将讨论由运放构成的各种VFC电路和典型的模拟集成V /F转换器。
4.1运放构成的VFC电路4.1.1简单的VFC电路图4.1.1所示为简单的VFC电路。
图4.1.1 简单的VFC电路从图4.1.1可知，当外输入信号vi＝0时，电路为方波发生器。
振荡频率fo为当时，运放同相输入端的基准电压由vi和反馈电压Fvvo决定。
如vi＞0，则输出脉冲的频率降低，f＜fo ；如vi＜0，则输出脉冲的频率升高，f＞fo。
可见，输出信号频率随输入信号电压vi变化，实现V/F变换。
4.1.2复位型VFC电路复位型VFC电路采用各种不同形式的模拟电子开关对VFC电路中的积分器进行复位。
（1）场效应管开关复位型VFC电路图4.1.3所示为场效应管开关复位型VFC电路及其波形。
图4.1.3 场效应管开关复位型VFC电路及其波形由图可知，接通电源后，由于比较器A2的反相输入端仅受VB (VB＞0)的作用，其输出端处于负向饱和状态vo2=vo2L（＜0＝，复位开关管T1栅极电位被箝位在数值很大的负电平上而截止，输出管T2截止，输出电压vo＝VoL(< 0)，VFC电路处于等待状态。
当输入正的信号vi后，反相积分器A1输出端电压Vol从零开始向负方向线性增加，当Vol的幅值| Vol | 略大于VB（注意R2=R4）时，A2输出状态翻转，从负向饱和状态跳变到正向饱和状态,Vo2＝vo2H（＞0，T2饱和导通，Vo＝VoH（＞0），二极管D截止，Tl因栅极开路而导，C1通过Tl快速放电，|Vol| 决速下降，A2的输出状态很快又翻转，vo2 ＝Vo2L ，T2截止，Vo＝VOL，T1截止，vi又通过Al对Cl充电， vol又从接近零值开始向负方向线性增加，重复上述工作过程，因而输出端输出频率与输入信号vi的幅度大小有关的脉冲串。
FV转换电路模拟电路课程设计修订版
F V转换电路模拟电路课程设计修订版IBMT standardization office【IBMT5AB-IBMT08-IBMT2C-ZZT18】线性F/V转换姓名：陈志豪班级：电信1208班学号：桌号：36号目录第一章、设计概述与要求...............................................一、设计概述.....................................................二、设计任务及要求...............................................（一）设计任务...............................................（二）设计要求............................................... 第二章、设计方案与论证. (2)一、设计原理.....................................................二、原理框图.....................................................三、单元电路方案论证............................................. 第三章、单元电路设计与分析...........................................一、输入信号.....................................................二、交流信号放大电路.............................................三、波形转换电路.................................................四、微分电路.....................................................五、单稳电路.....................................................六、滤波电路.....................................................七、直流放大电路................................................. 第四章、电路的组够与调试.............................................一、遇到的主要问题和解决方案.....................................二、实验数据记录................................................. 第五章总结.......................................................... 第六章仪器、仪表、元器件介绍........................................ 参考文献：........................................................... 附：电路总图.........................................................第一章、设计概述与要求一、设计概述线性F/V转换在很多场合均有应用，如涡流计量计、脉冲转速表、调频遥测技术中恢复原始信号等。
第六章图VFC
一、V/f转换器 转换器 V/f（电压/频率）转换器能把输入信号电压转换成相应的频率 信号，即它的输出信号频率与输入信号电压值成比例，故又称之为 电压控制（压控）振荡器(VCO)。V/f转换器广泛地应用于调频、调 相、模/数转换器、数字电压表、数据测量仪器及远距离遥测遥控 设备中。
（一）通用运放V/f转换电路 通用运放 转换电路
u3 UZ
RF CF VZ
_ N3 + + uo
R10
R C
a)
UZ
u1
0V
u3
TW 0V UH
u2
0V
uF
0V UL UH 0V
u3
UZ 0V b)
uT
图6-19 通用运放f/V变换电路及各点电压波形
UCC Rd ui Cd R1
8 3 iS –1 输 入 比较器 +1 R R URt 5 Ct u5 2R +1 –1 定 时 比较器 # U2 RL V 4 CL # U1 S Q R-S _ 触发器 Q S 1 uo 2 Rs *Rs
# 输 入 比较器 +1 S R—S 触发器 R
6
阈值
基 准 # + 比较器 1
Rt
i
S
3 频 率 输 RS 出
驱动 输出 保护
2R
Ct
4 地
图6-17 LM131系列方框图
UCC 2 RS 1 u6 RL CL ui 6
8 iS#43;E
R –1 输入 比较器 +1 # _ Q 单稳态 定时器 Q V 3 4 uo
VZ2 VZ3
U2 = −U
R7 R6 −UZ R6 + R7 R6 + R7
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章节目录设计内容及要求 (2)框内电路设计 (4)总电路描述 (10)电路器件表 (11)总电路图 (12)调试问题及修改方法 (12)最终实验数据及分析 (14)实验札记 (17)参考书列表 (19)附录 (19)设计内容及要求一、课题：V/F转换（压控振荡器VCO）二、要求：（1）输入电压为0~10V，输出信号为0~20KHz的脉冲波（或0~10KHz的对称波）；（2）结果绝对误差为正负30Hz，即相对误差为千分之一点五；三、电路框图（如下所示）四、其他方案（1）双D实现vco:（2）光耦合v/f转换装置：(3)利用施密特反相器构成的v/f:框内电路设计一、 电源连接及分压部分：在两个电源和接地点之间分别接上一个25uf 的旁路电容，能够将电源中的噪音过滤掉，减少信号源对这个电路波形的干扰。
这里R 1=4.7k Ω<0.5*10k Ω,结合串联电路分压定律，从而确保滑动变阻器在滑动的过程中，（1）端口的输出电压能够顺利地取到0至10V 之间的所有值。
（1）表示相应的接口，各个图中的（1）端口相连于一点，依此类推。
计算如下：V 1m =15V*4.7/(10+4.7)=10.20V,即输出电压可从0V 变到10.20V 。
二、 电压跟随器：R1Rw+15V-15VR2(1)对失调电阻的计算：为了使电路的输出在整个电压输入的范围内平均误差最小，则取Rw=5k Ω时，计算失调电阻，由运算放大器及深度反馈知识可得：R 2=5//(5+4.7)=3.3(k Ω)引入电压跟随器是为了进行阻抗变换，使得电源的内阻对后面的电路不产生影响，从而确保后面电路在压控转换中的良好线性。
三、 反相积分电路：相关参数计算：首先假设当（2）端输入电压为10V 时，整个积分电路（3）端的输出电压变化差值为10V ，则由积分电路公式R4R3-15V+15VC1(4) 2200pFdt u RCu ⎰-=I O 1可得： -10V=131C R -*10V*0.8*T ①其中T=1/f=5*10-5,有因为波形要求，电容正向充电和反相充电时间之比为4：1，则正向充电时间为整个周期的五分之四。
由①可得：R 3C 1=4*10-5现电路中R 3*C 1=19.38k Ω*2100pF=4.07*10-5，符合计算得到的结果。
R 3这个阻值是通过100k Ω滑动变阻器调节得到。
（3）端输出电压的波形如下图所示：四、555单稳态电路：555计时器的接法及相关参数计算：送入TRI 脚的电压V 2=5+2/3*V 3，则当V 2<5V 时，OUT 脚输出高电平，单稳态电路应在积分电路使V 2再次小于5V 以前恢复稳态。
由此可知：T PO 应该小于等于0.2*T现电路中T PO =1.1*R 7*C 3=1.1*4.3k Ω*2100pF=9.9*10-6，符合计算得到的要求。
四、 开关电路：R5R6 (5)C2R7各个部件的数值计算：R 8和R 9是偏置电阻，使（3）端输入高电平时三极管导通，输入低电平时三极管截止。
为了确保正向充电时间和反相充电时间为4：1，则正向充电电流应为反相充电电流的1/4。
当外界输入电压输入电压为10V 时，积分器运放的接线柱“虚地”，则正向充电电流I 1=(10V-0V)/19.38k Ω=0.516mA ，则反相充电电流I 2=4*0.516mA=2.064mA 。
（3）端输入的电压约为12V,则三极管的偏置电压为V B =0.5*（-15V ）+12V*0.5=-1.5V,则有[（-1.5V ）-(-3V)-0.7V]/R 10=2.064mA,可得R 10=388Ω。
为了防止稳压管电流过大，接入R 12。
R 12=[(-3V)-(-15V)]/8mA=1.5k Ω。
为了让反相充电电流较大且保证（2）端在三极管导通时（相当于开关电路导通的状态）电位为“-”，R 11应该较小，R9R8R10R11R12(4) (3)可取为500Ω。
总电路描述一、功能描述：整体电路的功能是一个压控振荡器，即将0~10V的电压输入线性转换成0~20kHz的频率信号输出。
二、原理描述：连接好整体电路以后，接通电源，（2）端为“+”，通过反相积分器后，（3）端为“-”，则送入555芯片TRI脚的电压小于5V，OUT输出高电平，产生触发脉冲。
高电平使开关电路部分的三极管导通，则有β>>1，I C=I E，即相当于（4）端通过两个电阻直接接到了-3V的稳压管上。
此时，（2）端电位为“-”，通过反相积分器后，（3）端为“+”,则送入555芯片TRI脚的电压大于5V，OUT输出低电平。
开关电路部分的三极管截止，则相当于（2）直接接在电压跟随器上，（2）脚的电位再次变为“+”。
此后又进入了前一段所述的电路状态。
以上两个阶段循环往复，从而使555芯片构成的单稳电路按照反响积分器所规定的周期得到触发，形成设计要求的波形。
三、结构描述：这是一个变相的反馈电路。
由555芯片构成的单稳电路OUT输出来控制开关电路三级管的工作状态，控制反相积分器输入电位的极性，进而对单稳电路的工作状态进行反馈。
整个电路由多个功能模块组成，必须对电路各个部分要分别进行测量和调试，才能确保实现设计内容中对压控转换的高精度要求。
电路器件表A、可调式双通道直流稳压稳流电源 1台B、 LF353双运放集成芯片 1片C、 555集成芯片 1片D、三极管 1只E、二极管 1只F、稳压值为3V的稳压管 1只G、面包板 1块H、 10kΩ滑动变阻器 1只I、 100kΩ滑动变阻器 1只J、固定电阻4.7kΩ，3.3 kΩ，50 kΩ，20 kΩ，4.3 kΩ1.5 kΩ，300Ω，500Ω各1个10 kΩ 3个K、 2200pF电容 2个L、 0.15uF电容 1个M、 25uF电解质电容 2个N、导线若干O、双踪示波器 1台P、万用电表（带表棒） 1台总电路图见最后的附录调试问题及修改方法下面仅就本人在调试过程中所遇到的问题进行分析，写成问答形式。
（1）问：为什么我的电路图连好了，器件的极性也接对了，但是在示波器里却只有一根水平线，没有波形？答：这说明积分电路没有工作。
可能有一下原因：①运算放大器的V+和V-没有按要求接好；②555芯片8号脚没有加工作电压；③电路中的参数不合理。
相应的修改方法：对于①②两种情况，只要检查芯片相应的引脚和相应的的电源是否接好；对于情况③，则要麻烦一些，要求对电路重新进行计算，根据计算不断修改器件参数，对各部分功能电路模块分块进行排查，确保各个部分的正常工作。
（2）问：我在示波器上得到了波形，可是积分电路得到的锯齿波在顶峰接近于水平，存在失真，怎么办？答：这是由于充电电流过大或者是积分电路电容过小造成的。
在固定的时间里，充电电流太大或者电容太小，使得电容充电饱和，不再符合线性。
修改方法：减小电容C1,增大电阻R3。
注意两者必须同时改变，确保R3*C1=4*10-5，使得积分电路的修改不会违背设计要求，不会影响电路中其他部分的正常工作。
（3）问：我得到了波形，但是显示的频率不对，应该怎样调节？答：先调节变阻器Rw，使得输入电压为10V。
在此情况下，将结果输出接在示波器上，调节变阻器R3，使示波器上一个完整波形的间隔时间为ΔT=50us即可。
（4）问：我在高电压输入时得到的频率很准确，到了低电压输入的时候，波形出现了模糊不清的情况，应该怎么办？答：这种情况很有可能是电源在接入电路的过程中混入了噪音信号。
可在电源自身的组合连接中加上滤波电容（即框图中那两个25uF的电容），滤去杂音信号。
（5）问：我已经得到了设计要求中的转换频率，但是误差较大，线性度也不是很好，应该怎样调节？答：除了反复多次根据要求调节变阻器R3来减小误差外，还可以调节电压跟随器和反相积分电路中两个运算放大器的失调电阻，通过减少失调来减小误差，追求更好的线性性质。
最终实验数据以及分析实验数据注：（1）表中电压为输入电压，即电压跟随器后送入积分电路的电压；（2）表中周期为最终得到的方波的频率的倒数，即T=1/f。
周期数据便于从示波器上读出，且精度较高。
实验数据处理利用图像法处理实验数据，得到相应的误差分析：将实验记录中的两次记录周期取平均值，和理想周期一起转化成频率，形成下表：由上述实验数据分析可知：设计的电路基本上将误差控制在了1%以下，而且这些误差很有可能是来自测量误差以及测量仪器的误差，所以设计电路基本符合实验要求。
从实验数据中反应出设计电路的精度基本符合要求，但线性还有待进一步改进，则有如下所述改进方法：(1)在不同输入电压的情况下，加强调节失调电阻，使得线性误差进一步减小；(2)对整个电路的参数进行微调，获得满意的效果；(3)加强电源和积分器的滤波，排除杂音信号。
实验札记对我而言，这是一次很有意义的、振聋发聩的实验设计课。
它让我明白了动手的重要性，也让我明白了理论和实验的相辅相成以及实验和单纯理论的区别所在。
我明白了，要真正地掌握知识和技能，仅仅学习书本上的知识是远远不够的，还要依靠实验加深自己对知识的理解和应用。
在课程设计的第一次课上，我完成了电路图，但是对整个电路中所有元器件的参数都没能精确地进行计算。
主要原因是以前上课学习的都是一个或两个功能电路模块的计算，比较简单。
但是现在遇到的是一个由四个功能电路模块合成的小型电路系统，任何一个参数值不仅仅影响本模块的功能运作，还影响了整个电路其他模块的工作状态，进而影响了整个系统的工作。
在以后的几天里，我一有空，就会对整个电路的工作原理和各个部分模块的功能进行分析，会对各个模块之间的关联性进行分析，和同学们探讨，向老师请教，终于对工作原理有了较好的掌握。
在此基础上，我终于第一次计算出了各个器件的参数，并在EWB上做了第一次仿真。
仿真的效果并不理想，而在这个过程中暴露出我对EWB这个仿真软件的学习还不够，而且我第一次计算得到的参数还存在着不少问题。
在第二次课上，在领到器件后，我按照计算所得的数据开始连接电路，却碰到了一个很现实的问题：我计算得到的器件参数在实际中没有生产。
这个是以前在理论学习中从来不可能碰到的情况。
我马上对各个参数进行了转换和重新计算，得到了比较合理的值。
此后我连接好了电路，却始终无法得到波形。
时间在不知不觉中飞逝，一转眼间就到了晚上，我依然没有任何进展。
取得突破是在星期五的下午。
在星期五的早上，我对自己的电路又有做了一次排查，终于找到了几个不是很明显的连接错误。
下午去实验室的时候，我终于得到了波形，并且进行了初步的调试和参数修改。
在星期一的课上，我整天都呆在了实验室里，为了提高压控转换的精度而不懈努力。
功夫不负有心人，在最终的验收中，我的电路所取得的压控转换精度是相当好的。