FV转换电路模拟电路课程设计

线性F/V转换

姓名：陈志豪

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。其次，在硬件平台上搭建电路，并进行电路调试，通过数字万用表观测电路的实际输出电压值。最后，将该实际电压值与理论分析和仿真结果进行比较，分析产生误差的原因，并提出改进方法。

（二）设计要求

1、输入频率为0~10kHz、幅度为20mV（峰峰值）的交流信号。

2、线性输出0~10V的直流信号。

3、转换绝对误差小于20mV（平均值）。

4、1kHz时的纹波u opp小于50mV。

第二章、设计方案与论证

一、设计原理

F/V转换电路输出的直流电压幅值与输入信号的频率成正比例，且为线性关系。具体分析如下。

在单稳电路输出脉冲信号的高度u H及宽度t w确定的条件下，平均输出电压u0可表示为

其中，T i为输入信号的周期。

由及上式可得

其中，u H和f w为常数。由此可知，输出直流电压和输入信号的频率呈线性关系。

二、原理框图

输入信号经过放大和A/D转换电路，转换成合适的方波信号；然后通过单稳电路，形成宽度和高度相同的脉冲信号，但周期不同；再经过滤波电路转换成直流，最终通过信号放大，即为所要求获得的电压信号。

图1 原理框图

三、单元电路方案论证

1）输入信号

输入信号由函数发生器产生，峰峰值为20mv，频率为0—10KHZ，正弦交流信号。

2）交流信号放大电路

因提供给下一阶段——转换电路的电信号幅度单位为“伏”级，该放大电路可采用运放构成的两级放大器。应在保证输出波形不失真的前提下，满足下一个子电路的触发电平需要。一般来说，后一级的放大倍数要高于前一级的。该放大器应具有优异的动态性能和较强的共模抑制能力，下面给出二运放和三运放仪表放大器的典型电路图，作为参考。

（1）二运放仪表放大器

图2所示为一个基本二运放仪表放大器的电路图：

图2 二运放仪表放大器电路图

当R1=R4，R2=R3 时，其差模增益可表示为：

注：共模信号输入端和输入u i处于相同的干扰源情况下，能有效抑制共模干扰对输出的影响。

(2)三运放仪表放大器

下图所示为一个基本三运放仪表放大器的结构。

图3 三运放仪表放大器电路图

其中令R f1=R f2

其放大倍数如下公式所示：

高共模一直的关键是电阻网络，当电阻匹配时，共模抑制能力较强。其中三运放仪表放大器较为常见，常用做心电图仪的前置放大电路。

3）转换电路

若希望将正弦波或者三角波转换成矩形波，可采用多种方法进行A/D 转换，以下给出几种方案，供参考：

（1）过零比较器

过零比较器用来确定前一阶段放大电路输出电压过零的时刻。其结构如图4 所示，当ui≥ 0 时，比较器输出uo为低电平；当ui<0时，比较器输出uo为高电平。

图4 过零比较器

过零比较器的优点是，结构简单，灵敏度高；其缺点是，抗干扰能力差。输入信号过零点时，容易产生抖动，造成输出信号的反复变化，不能够输出稳定的矩形波。

（2）由555 芯片构成的施密特触发器

施密特触发器又称为电平触发的双稳态触发器，对于缓慢变化的信号仍然适用，当输入信号达到某一电压值时，输出电压会发生突变。当其输入信号上升达到正向阈值电压uT+或下降达到负向阈值电压uT-时，输出电平发生翻转。将555 定时器的阈值输入端（6 脚）和触发输入端（2 脚）连在一起，便构成了施密特触发器，如图5（a）所示。当输入如图（b）所示的三角波信号时，则从施密特触发器的uo端可得到方波输出。