模电课程教学设计电压频率转换电路.docx
《模电课程教学设计电压频率转换电路.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模电课程教学设计电压频率转换电路.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
模电课程教学设计电压频率转换电路
电压一频率转换电路
设计课题：
电压一频率转换电路
专业班级:
学生姓名:
学号:
指导教师:
题目电压—频率转换电路
1．
、设计任务与要求
2．
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。
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一频率的转
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:
D5
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:
2、电压一频率转换部分:
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，UpUn0,为虚
地”
电容C中电流等于电阻R中的电流
..Ui
icIrr
输出电压与电容上电压的关系为
U。
Uc
而电容上电压等于其电流的积分，故
?
滞回比较器:
图2—2—（a）滞回比较器
-q
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
'UoUz，集成运放反相输入端电位
UnUI，同相输入端电位
UP■^7R^?
Uz
RiR2
令UNUP，求出的UI就是阈值电压，因此得出
UT盘UZ
◎电压一频率转换:
V1
—12V
2
U1
6
13
1
7
7
6
V5
12V
、R2fe0k|?
=C2
—II_
1uF
D1
-
1N4007
pUA741CD
__V2
—12V
XSC1
图2—2—（C）
R6
WV
1k|?
U2
1
5
40
丄V3
『12V
7
8
V4
—12V
=R4
^Qkl?
ExtTrig
10R5
T=
UA741CD
15
电压一频率转换原理图
D2D3
*
1N5234B
XMM1
图3—（b）电压一频率转换波形分析
图3—（c）仿真图
图（a）所示电路中，滞回比较器的阈值电压为
uTR>
在图（b）波形中的T2时间段，U01是对Ul线性积分，其起始值为-UT，终了值为+u-r，因而T2应满足
1
C?
uiT2Ut
解得
f丄
T22R7R1CUz'Ul
所以取值为：
Ri=10k
R2=10kR4=10kR7=10k
R5=1k
R6=1k
C2
四、总原理图及元器件清单
原
图
总
理
1
D5
图
（2）电压一频率转换原理图
2.元件清单
元件序
号
型号
主要参数
数量
备注（单价）
电源部分
变压器
220V~15V
1
9元
C1、C2
电容
3300uf
2
1.5元
C5、C6
电容
0.47uf
2
0.1元
C3C4
电容
0.22uf220uf
22
0.2元
C7、C8
稳压芯
LM7812
Uo=12V、lo=100mA
1
1.5元
片
稳压芯
片
LM7912
Uo=-12V、lo=100mA
1
1.5元
LED1、
LED
1.5V~2.0V,10mA~20mA
2
0.5元
LED2
D1、D2、
1N4007
6
0.1元
D3、D4、
D5、D6
R1、R2、
电阻
1kQ
2
0.1元
电压一频率转换部分
U1、U2
uA741
Aod=65~100、
2
1.5元
Kcmr=70~90
D1
1N4007
1
0.1元
D2、D3
1N5234B
2
0.1元
R1、R2、
电阻
10kQ
4
0.1元
R4、R7、
R5、R6、
电阻
1kQ
2
0.1元
C2
电容
1折
1
0.2元
五、安装与调试
首先先做电源，按照电源的原理图焊接电路板，在焊接的过程中，要注意
不要虚焊，漏焊，二极管的导通方向和电容的正负极不要接反，稳压芯片LM7812
是1脚输入，2脚接地，3脚输出，稳压芯片LM7912是1脚接地，2脚输入，
3脚输出，注意焊接时不要接错。
焊接电容时速度要尽量快一些，因为实间过长电容容易烧坏，然后进入实验室调试，测出其正电源输出为+12V，而负电源电压为-12.3V，虽然有一些误差，但是在允许的范围内，调试完毕，电源部分完成。
再按照电压—频率的原理图焊接电路板，在焊接的过程中也是要注意不要虚焊漏焊，电容和二极管不要接错，两个稳压二极管串联且方向相反，注意
uA741的脚，2号为反相输入端，3号为同相输入端，6号为输出端，4号接负电源，7号接正电源，1号、5号和8号脚虽然没有外接，也要焊。
然后进入实验室进行调试，其波形输出频率不稳定，经过讨论和分析，检查焊接电路没有问题，后来发现稳压管的稳压值太大，可能是导致不稳定的原因，就换了一个小一点的稳压管，再次进行调试，这一次稳定了，u01输出为三角波u0输出为矩形波，
调试完毕。
六、性能测试与分析
1、测试过程：
先连接好电路，将示波器分别接到U01和U。
处，调节，使其U01输出波形为三角波u0输出波形为方波，在输入端输入不同值的直流电压，在其波形不失真的情况下，选择10组电压值，用函数发生器测出其输出的频率值，并记录。
2、数据处理：
电源：
副边电压:
输入
15.V
输出
15.1V
电压差
31V
7812
20.5V
12V
8.5V
7912
-20.5V
-12.5V
-8V
正电压：
+12V
负电压：
-12.3V
相对误差:
电压
（V）
0.05
0.5
0.75
1
1.25
1.5
1.75
2
2.25
2.5
频率
（HZ）
0.79
8.972
12.57
15.4
19.7
24.55
27.99
32.3
36.9
42.6
实际值
0.83
8.3
12.5
16.67
20.8
25
29.17
33.33
37.5
41.67
相对误
差
4.8%
8.09
0.56
7.6%
5.28
2%
4.04
3.19
1.6%
2.18
%
%
%
%
%
%
3、误差分析：
电源的12v不是很对称；
2o、
元件标出的数值和其本身的数值有差异；
3o、
集成运放不是理想运放；
4o、
直流电压源带负载能力差；
o5、
读数时产生的人为误差，如读数不准确不精确。
4、实验结论：
积分器和滞回比较器组成的电路可以实现电压—频率的转换；频率f和输入电压UI成正比，即当U增大时f增大，UI减小时f减小。
七、结论与心得
通过做此次的课程设计，让我了解了很多，增加了我的动手实践能力，真正的做到了学以致用。
首先是先理解题目要求，通过和同学讨论，查阅书籍等，作为参考，确定方案并设计出了电路图，在焊接电路板时，要注意不要虚焊，漏焊等，这是很重要的一步，因为接下来的实验是否成功，焊接的电路板起着很大的作用。
在调试的时候，并没有达到预期的效果，没有出现理论的结果，这个时候要细心的检查故障，弄清楚到底是哪里的问题，而不是着急和烦躁，越是那样越不容易检查出错误在哪里。
在实验的过程中，存在很多误差，理论和实践有着很大的区别，理论上能够实现，但实际上不一定能实现，要考虑到元件、器材等带来的误差，要多方面考虑，来完成实验。
遇到问题要多思考，结合课本和所学的知识来进行更改调试，通过自己动手调试，加深了印象，使我对课本上的理论知识有了更深一步的理解，也让我知道自己在实践方面有很多的不足，不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多课本上学不到的知识，让我懂得了理论与实际相结合时很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的知识与实践结合起来，才能真正的提高自己的实际动手能力和独立思考能力，
总而言之，这次的课程设计，对我来说很有意义。
八、参考文献
升级会员 