电压频率转换电路

3.3 电压/频率转换电路

一、实验目的

（1）掌握用仿真软件模拟测试分析电压/频率转化电路。 （2）学习电压/频率转换电路，了解电路的工作原理。 （3）学习电路参数的调整。 二、实验原理和电路

电压频率转换电路的功能是将输入直流电压转换成频率与其数值成比例的输出电压，故称为电压控制电路，简称为压控振荡器电路。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。它广泛应用于模拟数字信号的转换、调频、遥测、遥感等各种设备中。其电路形式很多，如由运算放大器构成的VCF ，或者是集成芯片构成的VFC 等。 本实验流程框图如下所示

根据框图，用两个运算器分别组成积分器和比较器，得到电压频率转换电路如下仿真图所示：

可得A1的反相输入端与同相输入端的电位几乎相等，即

4

34

i R V V V R R -+==

+ （3.3-1） 代入值得 1

2

i V V V -+== （3.3-2）

运算放大器A2与R6，R7构成滞回比较器，当它的输出电压为低电平时，三极管截止，此时积分电路中电容充电的电流为 1

i c V V I R -

-=

（3.3-3） 将式（3.3-2）代入（3.3-3）得 1

2i

c V I R =

电容充电时，V01逐渐下降。当它下降到6

010267

R V V R R =-

+时，比较器发生跳转，

使得V02变成高电平，此时三极管饱和导通，电容放电，放电电流为

2'112

R i c R V V V I I I R R --

-=-≈

-

代入以上各式得 '1

2i

c V I R ≈-

（3.3-6） 电容放电时，V01将逐渐上升，当上升到 6

010267

R V V R R =+时，比较器发生跳转，

电容开始充电，如此反复。

/4

6010267110

1

224

T i i

R V V T

V V dt R R C

R R C ==

=+⎰

可得振荡频率为 676702

18i

R R V f T R R C V +=

=

可知电阻与电容保持不变时，频率与控制电压的大小成正比。 三、实验内容和步骤

(一)计算机仿真部分 （1）按下图连接好电路，其中输入电压改用2k Ω电阻与10k Ω电位器串联至12V 直流分压得到，通过调节可得所需Vi 的大小。

（2）调节电位器属性框通过A 键与组合shift+A 控制Vi 的大小。

（3）开始仿真，测量输出电压V01与V02的值，调节电位器，改变控制电压Vi ，测量三极管基极与集电极的电压Vb 与Vc 和振荡周期T 与控制电压Vi 的关系T=F(Vi)填入表3.3-1. 四、实验结果

Vi/V 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6

T/ms 69.867 59.645 49.254 44.570 36.834 32.945 29.948 27.044 25.103 Vb 10.734 10.734 10.734 10.734 10.734 10.734 10.734 10.734 10.734

Vc 1.042 1.214 1.470 1.669 1.947 2.140

2.396 2.653 2.853

01

V/V 3.478 02

V/

V

10.734 V01、V02输出波形：

Vb、Vc的波形及测量：