模拟电路之电压频率转换

模拟电路课程设计报告

设计课题：电压频率转换

专业班级：09电气技术教育学生姓名：易群

学号：090805031

指导教师：曾祥华

设计时间：2011/1/10

（以上小二号、行距40磅）

电压频率转换

一、设计任务与要求

1．将输入的直流电压（10组以上正电压）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

(一)电源部分

单相电压经过电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电压。直流电源的输入为220V的电网电压，一般情况下，所需直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因而需要通过电源变压器降压，变压器副边电压通过整流电路从交流电压转换为直流电压，即将正弦波电压转换为单一方向的脉动电压，再通过低通滤波电路滤波，减小电压的脉动，使输出电压平滑，但由于电网电压波动或负载变化时，其平均值也将随之变化，则在滤波电路后接个稳压电路，使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载变化的影响，从而获得足够高的稳定性。在此次设计中则用220v、50Hz的交流电通过电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路利用桥式整流电路实现正、负12V直流电压。方框图如下：

原理：图 10.1.1 直流稳压电源的方框图

电网电压

直流稳压电源通过变压器、整流、滤波、稳压来实现。

1）通过电源变压器降压后，再对220V 、50Hz 的交流电压进行处理，变压器副边电压有效值决定于后面电路的输出电压。

2)变压器副边电压通过整流电路将正弦波电压转换为单一方向的脉动电压，一般整流电路用单相半波整流和单相桥式整流，但单相半波电路仅试用于整流电流较小，对脉动要求不高的场合，所以此次采用单相桥式整流电路。

3）经过整流电路的电压仍含有交流分量，再为了减小电压的脉动，则接一滤波电

路

，

输

出

电

压

平

稳

。

图

如

下

：

4）交流电压通过整流、滤波后虽然变为交流成分较小的直流电压，但是当电网波动或者负载变化时，它的值也会变动，则通过稳压电路使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载变化的影响，从而得到更好的稳定行。 方案一、单相半波整流电路

设变压器的副边电压有效值为U 2，则其瞬时值U 2=2sinwt 。

在U 2的正半周期，A 点位正，B 点位负，二极管外加反向电压，因而处于导通状态。电流从A 点流出，经过二极管D 和负载R L 流入B 点， u 0= u 22sinwt （wt=0～π）

。在u 2的负周期，B 点为正，A 点为负，二极管外加反向电压，因而处于截至状态，u 0=0（wt=π～2π）。负载R L 的电压和电流都具有单一方向脉动的特性，图1为单相半波整流电路：

滤

图1

，图2为变压器副边u

2、输出电压u

（也是

输出电流和二极管的电流）、二极管端电压的波形。

图2方案二、桥式整流电路

设变压器的副边电压有效值为U

2，则其瞬时值U

2

=2sinwt。

当u

2为正半周期时，电流由A点流出，经D

1

、R

L

、D

3

流入B点，如图3

所t

U

sin

2

2

L

2

2

R

U

2

2U

2

2U

示，因而负载电阻R L 上的电压等于变压器副边，D 2和、D 4管承的反向电压为- u 2。

图3

这样，由于D 1、 D 3和D 2、 D 4两对二极管交替导通，致使负载R L 上在u 2

的整个周期内都有电流通过，而且方向不变，输出电压u 0=｜2Usinwt ｜。图4所示为单相桥式整流电路各部分的电压和电流的波形。

由于第一种方案即单相半波整流电路只利用了交流电压的半个周期，所以输出电压低，脉动大，效率低。所以采取第二中方案即单相桥式整流电路。 （二）电压转换为频率

物理量通过传感器转换成电信号后，经预处理变换为合适的电压信号，然后去控制压控振荡器电路，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的个数，并用数码显示。它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。总的流程如下图所示：

传感器

预处理 电路

压震器

图

4 单相桥式整流电路

i D1 i D2

i D3 i D4

方案一、电荷平衡式电路

电荷平衡式电压频率转换电路由积分器和滞回比较器组成，它的原理如图5所示，图中S为电子开关，受输出电压的控制。

设u

I <0,｜I｜>>｜i

I

｜；u

的高电平为U

OH

,u

的低电平为U

OL

；当u

=

U

OH 时S闭合，当u

= U

OL

时S断开。若初态u

= U

OL

，S断开，积分器对输入

电流i

I 积分，且i

I

= u

I

／R，u

1

O

随时间逐渐上升；当增大到一定数值时，u

从U

OL 跃变为U

OH

，使S闭合，积分器对恒流源电流I与i

I

的差值积分，且I

与i

I 的差值近似为I，，u

1

O

随时间下降；因为｜I｜>>｜i

I

｜，所以u

1

O

下降速

度远大于其上升速度；当u

1

O 减小到一定数值时，u

从U

OH

跃变为U

OL

，回到初

态。由于T约等于T1。

方案二、复位式压控电路

电路由积分器和单限比较器组成，S为模拟电子开关，可由晶体管或场效应

管组成。设输出电压u

0为高电平S断开,u

的低电平时S闭合。当电源接通后，

由于电容C上电压为零，即u

0=0，使u

= U

OH

，S断开，积分器对u

I

积分，u

1

O

逐渐减小；一旦u

1

O 过基准电压-U

REF

，u

将从U

OH

跃变为U

OL

，导致S闭合，

使C迅速放电至零，即u

0=0，从而u

从U

OL

跃变为U

OH

；S又断开重复上述过

程。如下图：