电压频率变换器的设计

机械与电子工程学院

课程设计报告

课程名称模拟电子技术课程设计设计题目电压频率变换器

所学专业名称电气信息类

班级电类114班

学号**********

学生姓名王*金

指导教师汪*

2012年12月23日

机电学院模拟电子技术课程设计

任务书

设计名称：电压频率转换器

学生姓名：王*金指导教师：汪*

起止时间：自2012 年12 月10 日起至2012 年12 月25 日止

一、课程设计目的

1).熟悉集成电路及有关电子元器件的使用;

2).了解电压平频率转换器主体电路的组成及工作原理;

3).学习电路中基本电路的应用以及单稳态触发器等综合应用。

二、课程设计任务和基本要求

设计任务：

1）.熟悉和应用比较器的构成及设计方法，尤其是迟滞比较器的应用。

2）.熟悉和应用积分器的构成和设计方法，了解电容在其中的工作原理。

3）.熟悉和简单应用二极管作电子开关的构成和设计方法。

4）.熟悉迟滞比较器与积分器之间的波形转换。

5）.熟悉掌握运用multisim画图、调试和仿真。

基本要求：

1).有明确的设计方案使操作简便易行。

2）.设计一个将直流电压转换成给定频率的矩形波，包括：积分器；电压

比较器。

3）.输入为直流电压0-10V。

4）.输出为f=0-500Hz的矩形波。

5).按规定格式写出课程设计报告书。

机电学院模拟电子技术课程设计指导老师评价表

目录

摘要和关键词 (1)

第一章设计指标 (2)

1.1 设计指标 (2)

◆ 1.1.1设计内容 (2)

◆ 1.1.2设计要求 (2)

第二章系统设计原理及内容 (2)

2.1 设计思想 (2)

电压/频率转换器原理框 (2)

第三章电路各模块方案设计 (3)

3.1 积分器的设计方案 (3)

3.2比较器的设计方案 (4)

◆ 3.2.1电压比较器 (4)

◆ 3.2.2过零比较器 (5)

3.3单稳态触发器 (6)

3.4低通滤波器 (6)

3.5模块的整合 (7)

◆ 3.5.1 电压/频率 (7)

◆ 3.5.2 频率/电压 (7)

第四章结束语 (8)

4.1心得体会 (8)

元件清单 (9)

参考文献 (9)

摘要和关键词

摘要：

本实验是对信号的产生、处理及变换功能电路的设计，在实际生产和操作中有这广泛的应用。本设计是在大二学生学习完《电路》、《电子线路（线性部分）》《信号与系统》等专业课程之后进行的，具有可操作性和应用性，学生能够独立完成。电路信号的转换已经在电子领域中广泛应用，如：采样/保持（S/H）电路、电压比较电路、V/f（电压/频率）转换器、f/V（频率/电压）转换器、V/I（电压/电流）转换器、I/V（电流/电压）转换器、A/D（模/数）转换器、D/A（数/模）转换器等。可以从本实验中学习到更多的电路设计的方法，激发学生的设计兴趣和激情，为以后的学习和工作打下良好大的基础。

关键词：

电压比较电路; V/f; f/V; 电路设计

第一章设计指标

1.1 设计指标

1.1.1设计内容：小信号（100mv）v/f变换

1.1.2设计要求：

1）输入0～100mv小信号电压线性变换成0～10KHz频率输出；

2）设计精度1‰，既误差不超过10Hz；

3）输出波形（脉冲波），脉冲宽度tw=20～40μs。

第二章系统设计原理及内容

2.1 设计思想

电压/频率转换器的输出信号f0与输入电压V的大小成正比，输入控制电压为直流电压。利用输入电压的大小改变电容的充电速度，从而改变振荡电路的震荡频率，故可以采用积分器作为输入电路。积分器的输入信号去控制电压比较器，从电压比较器6号引脚输出为矩形脉冲信号，从积分器的6号引脚输出为三角波信号，两者频率相同。将输出信号的电平通过回路，反馈到积分器，控制积分电容放电，同时运用二极管的单向导电性，做成电子开关，当积分器的电容放电到一点数值时，开关二极管作用，电源给电容充电。这样就构成了一个电容反复充电、放电的过程，电路震荡产生波形，并且输入电压的大小决定了电容的充放电的速度，从而进行输出波形频率的改变，达到设计目的。

电压/频率转换器原理框

图如下，图1、2：

图1 电压频率转换器原理图

图2 频率/电压转换器原理图

第三章 电路各模块方案设计

3.1 积分器的设计方案

基本设计方案如下方图3

图3 积分电路

积分电路是实现波形变换、滤波等信号处理功能的基本电路，它可以将周期性的方波电压变换为三角波电压。

当T 导通时，积分电路的等效电路如图4所示，集成运放A 同相输出端的电位为

图4 积分电路的等效电路

4

111

341

3

p R u u u R R =

•=•+ 反相输入端电位11P N u u =。积分电路的输出电压为

()()010112131

1t u t t u C R u o o +-⎪⎭

⎫

⎝⎛-•-

= 当T 截止时，积分电路的等效电路如图5所示，Up1、Un1不变，仍为3/1u 。积分电路的输出电压为

R2

U1

UA741CD

3

2

4

76

5

11/3U1

Uo1

R1

图5 积分电路的等效电路

积分电路输出波形如下：

图6 积分电路输出波形

()()()()1

1121`211

112112113

2

1311t u t t u C R R t u t t u u C R R u o o o +-•+-=+-⎪⎭

⎫ ⎝⎛

-•+-

=

3.2比较器的设计方案

3.2.1电压比较器

如下方图7