电压频率转换电路Word文档下载推荐.docx
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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.）
电压-频率转换电路（VF。
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,H；
®
原理图输S黯眼波形翁
电ft平枪氐电压-频率转换电路的原理框图及波形分析
当uO=UO时，S闭合，当uO=U。
时，S断开。
当uO=U。
时，S断开，积分器对输入电流il积分，且iI=uI/R,uO1随时间逐渐上升；
当增大到一定数值时，从UOLM变为UOH使S闭合，积分器对包流源电流I与il的差值积分，且I与il的差值近似为I,uO1随时间下降；
因
为所以uO1下降速度远大丁其上升速度；
当uO1减小到一定数值时，uO从UO成变为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。
由丁T1>
>
T2振荡周期TqT1。
ul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丁il在较长时间内充电的电荷量。
方案二、复位式电路：
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寸S断开，uO为低电平UOL寸S闭合。
当电源接通后，由丁电容C上电压为零，即uO1=Q使uO=UOHS断开，积分器对uI积分，uO1逐渐减小；
一旦uO1过基准电压UREFuO将从UO成变为UOL导致S闭合，使C迅速放电至零，即uO1=0从而uO将从UOLK变为UOHS乂断开，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URE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
电荷平■衡式电路
高，且电路简单、元器件较常见、能容易获得。
故采用方案
三、单元电路设计与参数计算
（一）土12V直流稳压电源
根据其设计流程图：
/vv\
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:
W7S12
直流电源四个组成部分分析:
1、电源变压器。
其电路图如下：
由丁要产生土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。
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，使输出电压趋丁平滑。
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。
由丁本课程设计要求土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。
由丁r>
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，当还未增长到趋丁稳定值时，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T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Rf是为了防止集成运放饱和。
运算关系：
uo=-1/RC/uidt
设置R=10kQ,C=1pF
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：
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虹Uz。
2）工作原理及传输特性
当输入电压U从零逐渐增大，且g+UT时，U0=+Uz,+UT称为上限阀值电平。
UT*
当输入电压Ui=+Ur,Uo=-Uz。
--Ut称为下限阀值电平*。
当Ui逐渐减小，且Ui=--Ut以前，Uo始终等丁-Uz,因此出现了如图所示的滞
回特性曲线:
回差电压U:
四、总原理图及元器件清单
总原理图如下：
（1）电压一频率转换电路
（2）桥式整流电容滤波集成稳压块土12V直流电源
In如07
KI
DI
左~T\33OOuF
一D2
*Uq2
WIjj4U07
元器件活单如下:
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
R1、R2、R4
R7
10K
4
0.1元
U1、U2
UA741
2
0.8元
C2、C6C7
1UF
3
0.5元
R5R3R8
1K
R6
2K
1
D1
1N4007
7
D4D5
6.2V
Tr
15V
9元
T1
LM7812
1.2元
T2
LM7912
D2、D3
0.3元
C1、C3
3300uF
0.2元
C4C5
0.1uF
C&
C9
220uF
五、安装与调试
（一）安装
依据已设计出的电路图，合理地在电路板上布局，拉线。
在安装的过程中注意以
下几点：
1、大电解电容的正负极不能接反；
2、uA741的各管脚不能接错；
3、三端稳压管三个端的作用一定要分活；
4、二极管的正负极要辨活；
5、焊时拉线要直，焊点应均匀。
（二）调试
I、直流源动态调试
将变压器插头插至220V交流电后，开始测变压器的副边电压U2及滤波输出电压U1、U2还有稳压管输入电压Ui1和Ui2，最后测试Uo1和Uo2=这几个步骤应按顺序进行，若其中某一个步骤出现问题，应及时停下进程，切断电源，查找和想法排解故障。
U、电压一频率转换电路动态调试
1、先用仿真软件将原理图仿真，观察其是否符合理论结果。
仿真结果如下：
可知原理图符合实验要求，达到预期结果。
2、实验箱调试
首先连接好电路，用示波器观察输出波形，若波形正确则说明电路正确。
然后改变不同的输入电压值、用函数信号发生器测其输出电压频率，若电压频率与
理论值基本符合则说明电路符合要求。
若不符合则应逐级检查、逐级调整，直至
符合要求。
经过调试，我们获得了成功，进一步肯定我们方案的正确性。
六、性能测试与分析
（一）直流源性能测试与分析
I、直流源性能测试
在调试成功后，我们开始测试直流源各组成部分的输入及输出电压。
具体过程如
下：
a、用万用表交流档测试副边电压U2,结果：
U2+=14.8V,U2-=-14.8V;
b、用万用表直流档测试滤波输出电压，结果：
Uo+=17.8V,Uo-=-17.9V;
c、用万用表直流档测试稳压管输入电压，结果：
d、用万用表直流档测试稳压管输出电压，结果：
Uo+=11.9V,Uo-=-12.0V;
n＞直流源数据处理及误差分析：
数据处理：
理论值：
变压器的副边电压：
U2+=+15VU2-=-15V;
滤波输出电压：
Uo+=+18VUo-=-18V;
稳压输入电压：
稳压后输出电压：
Uo+=+12VUo-=-12Vo
变压器副边：
t]1=|14.8-15|/15X100%=1.33%
滤波输出（稳压输入）：
T]2=|17.8-18|/18X100%=1.11%
T]3=|-17.9+18|/18X100%=0.56%
稳压电压：
t]4=|11.9-12|/12X100%=0.83%
t]5=|-12.0+12|/12X100%=0
（二）电压一频率转换电路性能测试与分析
I、电压一频率转换电路性能测试
a、在输入端加入直流信号12v,,用示波器观察输出波形
b、用函数信号发生器将输入的直流电压（10组正电压）转换成与之对应的频率
信号
n、电压一频率转换电路数据处理及误差分析：
由公式:
f=R2*|Ui|/（2R1*RW*C*UZ）可计算出电压频率
\测
数\
\
U的输入值
f的测量值
f的真实值
f的
误差
相对
781
806
25
3.10%
.42%
2.5
1991
2016
1.24%
2388
2419
31
1.28%
5
.3.5
2738
2823
85
3.01%
6
3141
3226
2.63%
4.5
3538
3629
91
2.51%
8
3985
4032
47
1.17%
9
4685
4839
154
3.18%
93
3.42%
（三）误差原因分析
1）集成块不是理想的集成块；
2）电子元器件存在缺陷，不是标准数值，比如电阻电容不够理想等;
3）电路之间的连线不是理想的，有电阻，使实验存在误差；
4）直流电源输出不是标准的正负12V。
5）焊接的电路板有焊点的接触性不好。
6）读取数据时由丁人的感官误差和视觉误差。
7）参数设计的不是很标准。
8）信号源带负载能力差。
9）外界环境的影响导致误差。
七、结论与心得
（1）实验结论直流电源：
（1）桥式整流电路由四只二极管组成，保证了在变压器副边电压的整个周期内，负载上的电压和电流方向始终不变。
（2）电容滤波电路是利用电容的充放电作用，使输出的电压趋与平滑。
（3）在稳压管稳压电路中，只能使稳压管工作在稳压区，输出电压才能得到基本稳定。
电荷平衡式电压-频率转换电路：
（1）电荷平衡式电压-频率转换电路是由积分器和滞回比较器组成的电路。
（2）通过该电路能够实现电压-频率的转换。
（3）在输出波形不失真的范围内，f与Ui是成正比的关系，f随Ui的增大而增大。
（2）心得
通过此次模电电荷平衡式电压-频率转换电路课程设计，加强了我对模拟电子技术这门课程的理解，对其应用有了一定的认识，提高了我们综合运用知识的能以及分析问题、解决问题的能力。
此次模拟电子技术课程设计，让我懂得了实践的重要性。
即使课本知识掌握的很好，如果不会综合运用，也是一些支离破碎的无用的知识，而如果能够运用而实际动手能力很差，理论与实践结合不起来，学得再好也没用。
这次课程设计恰好是将课本知识与的巩固与综合运用结合来,再加上实际动手能力的培养三者结合起来的。
一方面，它加深与巩固了所学的各
章节的理论，并将其综合运用，提高了我们综合运用知识的能力；
另一方面，培养了我们对专业知识学习的趣。
课程设计中出现了很多问题。
比如说设计原理图时，必须懂得电荷平衡式电压-频率转换电路的工作原理。
电路设计过程及参数确定比较烦琐，我在算时会遇到很多问题，有时实在算不出来了就想放弃，但很快自己会意识到那是一种错误的想法，所以自己会给自己鼓劲继续往下进行，当算到最后时便会有很大的成就感，这强烈的激起了我学习的兴趣，我想这次课程设计对我以后的专业课程学习将有很大帮助。
一开始我们用的稳压管稳压值偏大，导致了实验结果波形不稳定，最后经过我们的仔细研究与讨论把问题解决了，成功的完成了这次实验设计。
这里，我首先要感谢我的指导老师一曾祥华老师，他细心地帮我解决了一系列问题，帮助我成功地完成了这次实验设计。
其次，我还要感谢王奇和吴浩月同学，帮助我更好地完成设计了实验。
八、参考文献
1、〈〈电工电子实践指导》（第三版），王港元主编，江西科学技术出版社（2009）
2、〈〈电子线路设计、实验、测试》（第四版），罗杰，谢自美主编，电子工业出版社（2009）
3、〈〈电子技术课程设计指导》，彭介华主编，高等教育出版社（2000）
4、〈〈电子技术基础实验研究与设计》，陈兆仁主编，电子工业出版社（2000）
5、〈〈毕满清主编，电子技术实验与课程设计》，机械工业出版社。
6、〈〈用万用表检测电子元器件》，杜龙林编，辽宁科学技术出版社（2001）
7、〈〈新型集成电路的应用》，梁宗善，华中理工大学出版社（2001）
8、〈〈新颖实用电子设计与制作》，杨振江等编，西安电子科大出版社（2000）。
专业：
电子信息工程班级:
09电信本学号:
姓名：
课题名称
设计任务
要
求
评分标准：
设
①有合理的方案设计和论证、电路参数的计算、总原理图和清单。
（0-20分）
计
报
②电路板制作、调试规范，有详细制作和调试过程。
（0-10分）
告
成
绩
③电路板测试合理，对性能指标测试数据完整，
差计算和误差分析。
（0-15分）
正确；
进行数据处理规范，进行了误
④对课程设计进行了总结，有体会，并能提出设计的改进、建设性意见。
（0-5分）
设计报，
音成绩：
电
子
作
①电路正确，能完成设计要求提出的基本功能。
（0-30分）
品
②电路板焊接工艺规范，焊点均匀，布局合理。
（0-20分）
（其中直流电源部分占20%，功能部分80%）
电子作品成绩：
课
程设计成
总成绩：
2011年1月15日
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