频率电压变换器实验报告.docx

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频率电压变换器实验报告

频率/电压变换器实验报告

一：

已知条件与技术指标

（1）本次设计函数发生器采用实验台的函数波形发生器。

确定可调范围设在200HZ----2000Hz,在调试过程中，挑选中间的几个值进行测试。

（2）F/V变换采用集成块LM331构成的典型电路。

通过参考书和报告上的指导书确定相关参数，测定输出的电压范围。

（3）反相器采用比例为-1,通过集成芯片OP07实现。

（4）反相加法器同样用芯片OP07实现，通过调节Vr的大小。

使输出的电压在1-5V。

（5）采用+-12V电源供电

二：

电路原理

系统构成的主要流程图

参考电压VR

4、分析并计算主要元件参数值

（1）F/V转换部分：

（i）LM331的内部原理图

R

①脚是输出端（恒流源输出），⑥脚为输入端（输入脉冲链）,⑦脚接比较电平.

工作过程及工作波形如图所示:

CC

0

p-p

s

2/3V

t

图5-1-2

当输入负脉冲到达时，由于⑥脚电平低于⑦脚电平，所以S=1（高电平）,Q=0

（低电平）。

此时放电管T截止，于是Ct由Vcc经Rt充电，其上电压Vet按指数规律增大。

与此同时，电流开关S使恒流源I与①脚接通，使Cl充电，Vcl按线性增大（因为是恒流源对Cl充电）。

经过I.IRtCt的时间，Vet增大到2/3Vcc时，则R有效（R=1，S=0），Q=0，Ct、Cl再次充电。

然后，又经过I.IRtCt的时间返回到Ct、Cl放电。

以后就重复上面的过程，于是在Rl上就得到一个直流电压V。

（这与电源的整流滤波原理类似），并且V。

与输入脉冲的重复频率fi成正比。

Cl的平均充电电流为ix（I.IRtCt）xfi

Cl的平均放电电流为Vo/Rl

当Cl充放电平均电流平衡时，得：

Vo=|XQ.IRtCt）xfiXRL

式中I是恒流电流，l=1.90V/Rs

式中1.90V是LM331内部的基准电压（即2脚上的电压）。

于是得：

R

V。

=2.09—^RtCtfj

Rs

可见，当Rs、Rt、Ct、Rl一定时，Vo正比于fi，显然，要使V。

与fi之间的关系保持精确、稳定，则上述元件应选用高精度、高稳定性的。

对于一定的fi，要使V。

为一定植，可调节Rs的大小。

恒流源电流I允许在10J

A~500JA范围内调节，故Rs可在190k43.8kQ范围内调节。

一般Rs在10k

Q左右取用

（ii）LM331用作FVC的典型电路

LM331用作FVC的电路如图5-1-3所示:

10K

10kT

R

6.8K

fi

LM331

470p

12K

22K

图5-1-3

「％

0.01

Io

100K

Vcc-2

0.2mA

在此，Vcc=12V

所以

Rx=50kQ

Rx=51kQ

Rl

Vo=2.09'LRtCtfi

RS

Rs=14.2kQ

则Vo=fiX10-V

由此得Vo与fi在几个特殊频率上的对应关系如下表所示

表5-1-1Vo和fi的关系

Fi（Hz）

200

600

1000

1500

2000

Vo（V）

0.2

0.6

1.0

1.5

2.0

图中fi是经过微分电路470pF和10kQ加到①脚上的。

◎脚上要求的触发电压是

脉冲方波。

（2）反相器

反相器的电路如图5-1-6所示

Vol

图5-1-6

因为都是直接耦合，为减小失调电压对输出电压的影响，所以运算放大器采用低失调运放OP07

由于LM331的负载电阻RL=100kQ（见图5-1-3）,所以反相器的输入电阻应为

100kQ,因而取Rl=100kQo

反相器的Au=-1，所以

R4=Rl=100kQ

平衡电阻R5=Rl//R4=50kQ取R5=51kQo

（3）反相加法器

用反相加法器是因为它便于调整一--可以独立调节两个信号源的输出电压而不

会相互影响。

电路如图5-1-7所示:

o3

R

R6

R9

o_

已知Vo3=-Vo2=-fiX10-3V

••Vo二皿fi10

R6

-3R10

R9VR

技术要求

fi=200Hz时，Vo=1V

fi=2000Hz时，Vo=5V

即Vo二（5/9+fi/450）V

（2）

对照⑴式和⑵式，可见应有一（R10/R9）>A/r=5/9

若取Ri0=R9=20kQ,贝UVr=-5/9V

电10—丄

R6450

••R6=9kQ,用两个18kQ电阻并联获得。

平衡电阻RiiHRii//R6//R9=4.7kQ。

为了保证Vr的值直接从-i2v弓入

-12V

ok

11

gk

R20

7

R

图5-1-8

Vr=（R8〃R9）/[Rw2+R7+（R8〃R9）]=5/9

若取R8=1kQ,贝UR8//R9=0.952kQ

Rw2+R7=19.6kQ

取R7=15kQ

Rw2用10kQ电位器。

整机原理图中的C2、C3、C4、C5均为滤波器电容，以防止自激和输出直流电压上产生毛刺，电用电位器。

容值均为10uF/16V

（三）测量与调整

观察整机原理图有关点的波形。

可在200Hz~2000Hz内的任一频率上观察。

Vil应为直流电平〜0，幅度"0.22VCC的正弦波。

Vol应为单极性的正方波，幅度"Vcc。

Vi2应为直流电平〜Vcc的正负脉冲。

Vo2应为正直流电压，Vo3应为负直流电压吗，Vo应为正直流电压。

测量整机原理图中有关节点的直流电压

首先要保证频率计，电压表完好，即保证测得的频率、电压数值正确，将函数波

形发生器的输入信号频率fi调到200Hz。

此时

Vo2=0.2V。

否则调整Rw5。

Vo3=-0.2V。

否则调整R15

Vr=-5/9V。

否则调整Rw6

Vo应=1V。

否则分别检查Vr、Vo3产生的输入。

Vr产生的输出应为VR。

否则调整R20。

Vo3产生的输出应为-4/9V，否则调整R18、R19。

固定电阻的调整可用一个接近要求值的电阻和一个小电阻的电阻串联来实现。

三：

设计步骤整机原理图如下所示：

将其中的IC1ICL8038部分换成三角波形发生器，具体参数选择如下图所示:

在面包板上连接好电路以后，就行测试与调整，步骤如下所示：

四：

测量和调整

（1）各级调整。

调整应遵循由前级逐级往后进行的原则。

首先检查各器件电源脚电压正常否。

线路板上电源正负极及地必须标示明确，以防接错。

波形发生器：

调整使其输出一周期信号，频率可在200Hz到2kHz内变化，注

意保证一定余量。

频率调节，波形幅度基本保持不变。

A1：

2、3和6脚直流电位为零；

IC2：

见Vii和Vol的波形;

IC3：

2脚约为2V直流电位，5脚为脉冲波，周期与Vo1相同，6脚波形见Vi2；

A2和A:

2和3脚均为零电位，各自6脚分别见Vo3和Vo。

（2）观测图中有关各点波形并记录其参数值（选择1kHz频率点观测）。

Va为波形发生器的输出波形；

Ai的2、3脚波形及Vii波形；

Voi为单极性的正半周方波，幅度"Vcc；

Vi2应为直流电平QVcc的正负脉冲，IC3的5脚是幅度约为2/3VCC的脉冲波；

Vo2应为正直流电压；

Vo3应为负直流电压；

Vo应为正直流电压。

（3）测量图中有关点的直流电压

将波形发生器的输出信号频率f分别调到200Hz和2000Hz；

此时正常时Vo2=0.2V和2V左右，误差不大可适当调整Rw5;不行的话，再适当

调整Ri3；

如果误差很大，则是有干扰，应在图中虚线处加一代码为i02的电容器；如果依然不行，则要找出原因，排除故障。

Vo3=-0.2V和-2V左右，否则可适当调整Ri5；

Vr〜0.56V，这里Rw6主要是保证Vo是否能够达到设计值，调整Rw6使总误差在给定范围内即可；

Vo=1V和5V，误差应在控制范围内，否则分别检查Vr、Vo3是否符合要求。

最

后若总误差有点超出则可适当调整R22；

固定电阻的调整可用相近标称系列电阻替代来实现。

往上选增加阻值或往下选减少阻值。

五：

误差分析：

在实验过程中，由于部分电阻的阻值与其对应的标称值存在一定的误差，也会对实验结果产生较大的影响，导致实验结果出现误差，还有可能是由于示波器、电源等自身存在的原因导致在观察示波器读数时出现跳动，不稳定状态也会对在读数是造成影响，从而导致实验误差，还有部分原因就是在调节频率是，通过波形发生器的滑动变阻器调节使频率发生变化时，无法确切的调节到精确的所需频率，也会导致最后实验结果误差的发生，

附录（各种以前未曾使用过的实验器材）

集成运放uA741

12.6.3运算放大器的测量

为了正緘用賊运放,就必须了解训钗缄折标。

集成运放的各项指标通料•山专用仪器进储试的，下面以集雌放卩A741（或F007）为仙介细-种简易的潰试方仪

集成运放|1A7U（或F007啲乳脚排列如图12.11所示，它是人脚双则直揃式元件，②IW③呦分别为反帥同般人端•⑥脚为綁攝⑦關和④|»为正、负电赠，①輔蚀为灿调零站①防之间哦人-則L竹躺电位器并柵动他头鈿负电源轧⑧脚为空歟

It5.1k

912.11|iA741tNffl

Bill：

U°sJ肩试M

1.gA741主要指标测试

（1）输入失调电压4

理想运放当输人侑号为零肘，其输岀也为零.但是即使是最优质的集成组件,由于运放内部差动输入级参数的不完全对称,输出电压往往不为零。

这种零输入吋输出不为零的现象称为集成运放的失调.

输入失调电压Us是描输人信号为零时•输出端出现的电压折算到同相输入端的数值。

失调电压测试电略如用12.12所示.闭合开关K：

及K?

便电阻心短接•测fit此时的输出电压即为输岀失调电压，则输入失调电压

实际酒出的Uh可能为正，也可能为负・一般为1〜5mV・对于高质就的运放在lmV以下.

测试中应注意:

①将运放调零端开路。

②要求电R1R和&，&和心的参数严格对称°

（2）输入失调电济J°sy

输人失调电流沧是指当输人侑号为零时•运放的两个输人端的基极偏童电流

之差。

—|y.

^03=I花］~/kI

输入失调电流的大小反映了运放内部菱动输人级两个鼎体管P的欠配度•由于人、忑本身的数值已很小（微安级）•因此它们的垦值通常不是也接测量的，测试电路如图12.12所示•测试分两步进行：

1闭合开关$及K?

在低输人电阻下•测出输出电压Us•如師所述，这翅由输人失调电压"os所引起的输出电压。

2断开K|及K?

・两个输入电阻心接人•由干&阻值较大•流经它们的输人电流的羞异•将变成输人电压的垦异•因此，也会影响输岀电压的大小•可见测岀前个电阻Rr接人时的输出电压•若从中扣除输入失调电压的形响•则输人失调电流抵为：

|/Bi一〈丨NI1圧¥石舟

一般・G约为几十至几百nA（10-?

A）.高质赴运放。

低于InA.

测试中应注意^①将运放调零端开略.②两®A®电阻必须梢确配对.

电压比较器LM311

LM3E1电压比较谿

可从皿眶飒6v思工作

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频率电压变换器LM331

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其内祁电路图如图9.15斫示•衣乞2"中列出了:

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