模电课设报告

模电课设报告

Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】

南京航空航天大学模拟电子技术课程设计报告

（频率-电压变换器）

学生姓名：田恬

学号：

班级： 0315203

电工电子实验中心

2017年6月

目录

第一章：设计指标

第二章：系统概述

第三章：单元电路设计与分析

第四章：电路调试过程

第五章：结束语

附件1：器件表

附件2：参考文献

附件3：总图

第一章设计指标

试设计一个频率-电压变换器，要求：

（1）当正弦波信号的频率f i在200Hz-2kHz范围内变化时，对应输出的直流电压Vo在2-10V范围内线性变化，误差在5％左右。

（2）正弦波信号源采用函数波形发生器。

（3）采用±12V电源供电。

第二章系统概述

一、设计思想

函数波形发生器输出的正弦波经比较器变换成方波。方波经频率变换

通过反成直流电压。直流正电压经反相器变成负电压，再与参考电压V

R

相加法器得到符合技术要求的Vo。

二、各功能的组成

（1）本次使用741运放设计三角波发生器作为设计函数波形发生器。调节范围为200Hz-2000Hz,在调试过程中，挑选中间的几个值进行测试。（2）电压比较器采用LM311。

（3）F/V变换采用集成块LM331构成的典型电路。通过参考书和报告上的指导书确定相关参数，测定输出的电压范围在。

（4）反相器采用比例为-1，通过集成芯片OP07实现。

的大小。使输出的（5）反相加法器同样用芯片OP07实现，通过调节V

R

电压在2-10V。

三、总体工作过程

第三章 单元电路设计与分析

一、三角波发生器

电路如图所示，它由运放A1、A2，电阻R1、R2组成的同相迟滞比较器，运放A2以及R 、C 构成的反相有源积分电路组成。其输出信号周期为

二、电压比较器

LM311是一种电压比较器，它能将一个模拟电压信号和一个参考固定电压相比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平。

三、频率电压变换器

直接应用F/V 变换器LM331,其输出与输入的脉冲信号重复频率成正比.

（1）LM331内部原理图

此时,○1脚是输出端(恒流源输出),○6脚为输入端(输入脉冲链),○7脚接比较电平.

（2）工作波形图及工作过程

当输入负脉冲到达时,由于○6脚电平低于○7脚电平,所以S=1(高电平)，Q =0（低电平）。此时放电管T 截止，于是Ct 由Vcc 经Rt 充电，其上电压Vct 按指数规律增大。与此同时，电流开关S 使恒流源I 与○1

Vo=2-

参考电

-2V Vo3直流

Vo2

方

f i =200-

正弦

函数波

比较

F/V/变反相反相

μF

脚接通，使CL充电，VCL按线性增大（因为是恒流源对CL充电）。

经过的时间，Vct增大到2/3Vcc时，则R有效（R=1，S=0），Q =1，此时，Ct、CL放电。

以后就重复上面的过程，于是在RL上就得到一个直流电压Vo（这与

电源的整流滤波原理类似），并且Vo与输入脉冲的重复频率f

i

成正比。

CL的平均充电电流为i×（）f

i

CL的平均放电电流为Vo/RL

当CL充放电平均电流平衡时，得

Vo=I×（）×f

i

×RL

式中I是恒流电流，I=Rs

式中是LM331内部的基准电压（即2脚上的电压）。

于是得

i

t

t

S

L

o

f

C

R

R

R

V09

.2

可见，当Rs、Rt、Ct、RL一定时，Vo正比于f

i

，显然，要使Vo与

f

i

之间的关系保持精确、稳定，则上述元件应选用高精度、高稳定性的。

对于一定的f

i

，要使Vo为一定植，可调节Rs的大小。恒流源电流I 允许在10~500μA范围内调节，故Rs可在190kΩ~ kΩ范围内调节。一般Rs在10kΩ左右取用。

(3)LM331用作FVC的电路如图

在此，Vcc=12V

所以Rx=50kΩ，取Rx=51 kΩ

取Rs= kΩ

则 Vo=f

i

×10–3V

表1 Vo 和f i 的关系

四、反相器与反相加法器 （1）反相器

反相器的电路如图所示。

因为都是直接耦合，为减小失调电压对输出电压的

影响，所以运算放大器采用低失调运放OP07。 由于LM331的负载电阻

RL=100k Ω，所以反相器的

输入电阻应为100 k Ω，因而取RL=100。反相器的Au=-1，所以R4=RL=100 k Ω，平衡电阻R5=RL//R4=50 k Ω 取R5=51 k Ω。 （2）反相加法器

反相加法器电路如图所示。 已知Vo3= -Vo2= -f i ×10-3V 技术要求

f i =200Hz 时，Vo=2V f i =2000Hz 时，Vo=10V

即 V

f V i o )225910

(+=

（2）

对照⑴式和⑵式，可见应有 V V R R R 9

10910=-

100k

+V CC

V o1

V i1

图5-1-6