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

专业班级：09电信本

学生姓名：赖新

学号：090802016

指导教师：曾祥华

设计时间：二0一一年一月一日

目录

一、设计任务与要求

二、方案设计与论证

1、方案一：电荷平衡式电路

2、方案二：复位式电路

三、单元电路设计与参数计算

1、±12V直流稳压电源

2、积分器

3、滞回比较器

四、总原理图及元器件清单

五、安装与调试

六、性能测试与分析

1、直流源的性能测试与分析

2、电压—频率转换电路的性能测试与分析

七、结论与心得

八、参考文献

附：物理与电子信息学院模拟电路课程设计成绩评定表

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

电压-频率转换电路（VFC）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，故也称为电压控制振荡电路（VCO），简称压控振荡电路。通常，它的输出是矩形波。

方案一、电荷平衡式电路：

如图所示为电荷平衡式电压-频率转换电路的原理框图。

电路组成：积分器和滞回比较器，S为电子开关，受输出电压uO的控制。

设uI<0，；

uO的高电平为UOH，uO的低电平为UOL；

当uO=UOH时，S闭合，当uO=UOL时，S断开。

当uO=UOL时，S断开，积分器对输入电流iI积分，且iI=uI/R，uO1随时间逐渐上升；当增大到一定数值时，从UOL跃变为UOH，使S闭合，积分器对恒

流源电流I与iI的差值积分，且I与iI的差值近似为I，uO1随时间下降；因为，所以uO1下降速度远大于其上升速度；当uO1减小到一定数值时，uO从UOH跃变为UOL回到初态，电路重复上述过程，产生自激振荡，波形如图(b)所示。

由于T1>>T2，振荡周期T≈T1。uI数值愈大，T1愈小，振荡频率f愈高，因此实现了电压-频率转换，或者说实现了压控振荡。

电荷平衡式电路：电流源I对电容C在很短时间内放电的电荷量等于iI在较长时间内充电的电荷量。

方案二、复位式电路：

电路组成：

复位式电压-频率转换电路的原理框图如图所示，电路由积分器和单限比较器组成，S为模拟电路开关，可由三极管或场效应管组成。

工作原理：

设输出电压uO为高电平UOH时S断开，uO为低电平UOL时S闭合。当电源接通后，由于电容C上电压为零，即uO1=0，使uO=UOH，S断开，积分器对uI

积分，uO1逐渐减小；一旦uO1过基准电压UREF，uO将从UOH跃变为UOL，导致S闭合，使C迅速放电至零，即uO1=0，从而uO将从UOL跃变为UOH，；S又断开，重复上述过程，电路产生自激振荡，波形如图（b）所示。uI愈大，uO1从零变化到UREF所需时间愈短，振荡频率也就愈高

比较两方案可知，电荷平衡式电路的满刻度输出频率高，线性误差小，精度

高，且电路简单、元器件较常见、能容易获得。故采用方案一—电荷平衡式电路。

三、单元电路设计与参数计算

（一）±12V直流稳压电源

根据其设计流程图：

采用桥式整流电容滤波集成稳压块正负直流电源电路，原理图如下：

直流电源四个组成部分分析：

1、电源变压器。

其电路图如下：

由于要产生±12V的电压，所以在选择变压器时变压后副边电压u2应大于

24V，由现有的器材可选变压后副边电压u2为15V的变压器。

2、整流电路。

其电路图如下：

桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。

3、滤波电路。

其电路图如下：

滤波电容容量较大，一般采用电解电容器。

电容滤波电路利用电容的充放电作用，使输出电压趋于平滑。

滤波电路输出电压波形如下：

4、稳压电路。

我们知道，三端式稳压器由启动电路、基准电压电路、取样比较放大电路、调整电路和保护电路等部分组成。调成管决定输出电压值。由于本课程设计要求±12V 的输出电压，所以我们选用7812和7912的三端稳压管

（二）积分器

积分电路的输入电压Ui和输出电压Uo的波形。由于τ>>tp，电容缓慢充电，其上的电压在整个脉冲持续时间内缓慢增长，当还未增长到趋于稳定值时，脉冲已告终止（t=t1）。以后电容经电阻缓慢放电，电容上电压也缓慢衰减。在输出端输出一个锯齿波电压。时间常数τ越大，充放电越是缓慢，所得锯齿波电压的线性也就越好。

从波形上看，u2是对 u1积分的结果。因此这种电路称为积分电路。在脉冲电路中，可应用积分电路把矩形脉冲变换为锯齿波电压，作扫描等用。

积分电路如图所示:

其中R f 是为了防止集成运放饱和。

运算关系： u o = − 1 /R C ∫ u i d t

设置 R = 10 k Ω ， C = 1 μF

当输入为阶跃信号时，输出电压波形如图所示：

（三）滞回比较器

1）电路结构：

滞回比较器电路见图所示。

它是从输出引一个电阻分压支路到同相输入端。由电路有输出电压Uo=±Uz。2）工作原理及传输特性

当输入电压U

I 从零逐渐增大，且U≤+U

T

时，U

o

=+ Uz，+U

T

称为上限阀值电

平。