模电课程设计(电压频率转换电路)

模拟电路课程设计报告设计课题：电压—频率转换电路

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设计时间：

题目电压—频率转换电路

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

用集成运放构成的电压—频率转换电路，将直流电压转换成频率与其数值成正比的输出电压，其输出为矩形波。

方案一、采用电荷平衡式电路

输入电压→积分器→滞回比较器→输入

原理图：

方案二、采用复位式电路

输入电压→积分器→单限比较器→输出

原理图：

通过对两种转换电路进行比较分析，我选择方案一来实现电压—频率的转换。方案一的电路图简单，操作起来更容易，器件少，价钱也更便宜，且方案一的线性误差小，精度高，实验结果更准确，所以我选择方案一。

三、单元电路设计与参数计算

1、电源部分：

图1 电源原理图

单相交流电经过电源变压器、单相桥式整流电路、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后，再对交流电压进行处理。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冲电压。

为了减少电压的脉动，需通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑。

交流电压通过整流、滤波后虽然变为交流分量较小的直流电压，但是当电网电压波动或者负载变化时，其平均值也将随之变化。稳压电路的功能是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。

取值为：

变压器：规格220V~15V 整流芯片：LM7812、LM7912

整流用的二极管：1N4007 电解电容：3300uf

C2、C3：0.1uf C4、C5：0.47uf

C7、C8：220uf 发光二极管上的R：1KΩ

2、电压—频率转换部分：

○1积分器：

图2—1 积分运算电路

在电路中，由于集成运放的同相输入端通过R3接地，0==u u N P ，为“虚地”。

电容C 中电流等于电阻R 中的电流

R

u i i

I R C

==

输出电压与电容上电压的关系为

u u

C -=0

而电容上电压等于其电流的积分，故

d u d i u t

Ii t C RC C ⎰⎰-

=-

=1

10 ○

2滞回比较器：

图 2—2—（a ） 滞回比较器

图2—2—（b ）电压传输特性

从集成运放输出端的限幅电路可以看出,u u Z ±=0，集成运放反相输入端电位

u u

I N

=，同相输入端电位

U R R R

u

Z P

•+=2

11

令u u P N =，求出的u I 就是阈值电压，因此得出 U R

R R

u Z T •+±

=±2

1

1

○3电压—频率转换：

U1

UA741CD

3

2

4

7

6

5

1

U2

UA741CD

3

2

4

7

6

5

1

R1

10k¦¸

C2

1uF

R2

10k¦¸

R4

10k¦¸

R5

1k¦¸

R6

1k¦¸

R7

10k¦¸

D1

1N4007

V1

12 V

V2

12 V

2

V3

12 V

V4

12 V

1

5

6

7

8

9

10

V5

12 V

4

13

XSC1

A B

Ext Trig

+

+

_

_+_

3

XMM1 0

D2

1N5234B

D3

1N5234B

120

15

图2—2—（C）电压—频率转换原理图

图3 —（b）电压—频率转换波形分析

图3—（c ） 仿真图

图（a ）所示电路中，滞回比较器的阈值电压为 U R

R u Z T •±=±4

7

在图（b ）波形中的T 2时间段，u 01是对u I 线性积分，其起始值为-u T ，终了值为+u T ，因而T 2应满足 U T u R U T I T C

-•⋅-=211

解得

u

U R

R R T I

Z C

•=

4

1722

当R

R W 3

>>

时，振荡周期T T 2≈,故振荡频率

u U

R R R T

I Z

C f •=

≈

1

7

42

21

所以取值为：R 1=10k Ω R

2

=10k Ω

R

4

=10k Ω

R

7

=10k Ω

R

5

=1k Ω

R

6

=1k Ω

F C

μ12

=

四、总原理图及元器件清单