频率电压变换器实验报告.docx

1、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-2000H z,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VR4、分析并计算主要元件参数值(1) F/V转换部分：(

2、i)LM331的内部原理图R脚是输出端（恒流源输出）， 脚为输入端（输入脉冲链）,脚接比较电平.工作过程及工作波形如图所示:CC0p-ps2/3Vt图5-1-2当输入负脉冲到达时，由于脚电平低于脚电平，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

3、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）xfiCl的平均放电电流为 Vo/Rl当Cl充放电平均电流平衡时，得：Vo=| X Q.IRtCt）xfiXRL式中I是恒流电流，l=1.90V/R s式中1.90V是LM331内部的基准电压（即2脚上的电压）。于是得：RV。=2.09RtCtfjRs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

4、的大小。恒流源电流I允许在10 JA500 JA范围内调节，故 Rs可在190k 43.8 kQ范围内调节。一般Rs在10kQ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:10K10kTR6.8KfiLM331470p12K22K图5-1-30.01Io100KVcc -20.2mA在此，Vcc=12V所以Rx=50k QRx=51 k QRlVo =2.09 L RtCtfiRSRs=14.2 k Q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5-1-1 Vo和fi的关系Fi(Hz)2006001000150

5、02000Vo(V)0.20.61.01.52.0图中fi是经过微分电路470pF和10 kQ加到脚上的。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=100k Q (见图5-1-3),所以反相器的输入电阻应为100 k Q,因而取 Rl=100 k Qo反相器的Au=-1，所以R4=Rl=100 k Q平衡电阻 R5=Rl/R4=50 k Q 取 R5=51 k Qo(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

6、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:o3RR6R9o _已知 Vo3= -Vo2= -fiX10-3VVo 二皿fi 10R6-3 R10R9VR技术要求fi=200Hz 时，Vo=1Vfi=2000Hz 时，Vo=5V即 Vo二(5/9+fi/450 ) V (2)对照式和式，可见应有 一(R10/R9 ) A/r=5/9若取 Ri0=R9=20 k Q,贝U Vr= -5/9V电 10丄R6 450R6=9k Q,用两个18 k Q电阻并联获得。平衡电阻 RiiHRii/R6/R9=4.7 k Q。为了保证Vr的值直接从-i2v弓入-12Vok11gkR207R图5

7、-1-8Vr = （R8R9）/Rw2+R7 + （R8R9） = 5/9若取 R8=1 k Q,贝U R8/R9=0.952 k QRw2+R7=19.6 k Q取 R7=15 k QRw2用10 k Q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 200Hz2000Hz 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

8、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 R15Vr=-5/9V。否则调整 Rw6Vo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IC1 ICL8038部分换成三角波形发生器，具体参数选择如

9、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

10、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Q Vcc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

11、 =-0.2V和-2V左右，否则可适当调整 Ri5 ；Vr0.56V，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

12、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 uA74112.6.3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，IW呦分别为反帥同般人端脚为綁攝關和|为正、负电 赠，輔蚀为灿调零站防之间哦人-則L竹躺电位器并柵

13、 动他头鈿负电源轧脚为空歟It 5.1k9 12.11 |iA741tNfflBill： UsJ肩试M1. 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15mV对于高质就的运放 在

14、lmV以下.测试中应注意:将运放调零端开路。要求电R1R和&，&和心的参数严 格对称(2) 输入失调电济Js y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 /k I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

15、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 N I1圧石舟一般G约为几十至几百nA(10-?A).高质赴运放。低于InA.测试中应注意将运放调零端开略.两A电阻必须梢确配对.电压比较器LM311LM3E1电压比较谿可从皿眶飒6v思工作駐大粕人电洼为朋0A总电KI电加18V妣大失记业JK为列nA牺山与魚MUR间的帖* 期程60UmW输由翅曹捋竣时冋N J!IF 中PPM uaaniN JiL) LKitU 冲卩 1U3 I IlM-14I ”/ft A wLM31I电压比较器ft述恨寬时且蔼电!总茁内止満匚作，

16、它的擒出可aTL DM* TTLMOSfh餌用容，井日能皈动灯或嶷电罟.在负載班從为50nU时弈关處压可达40叭转ft也电源电床 36V输出与戻电解何的赳压 40V地与勲屯冰囿阿电IE 30V皋功输入电压 $0榆入电压 1EV功珞|&肢 5Q0nW输山掘路持馥时同 10秒排列埒L频率电压变换器LM331IH331咼薊込公司铲的僦般比较高帧成芯比町耐琢电压KM、丄W换審、魁歐军询申懈以长即聪附E愿其勿叮W 曲扯 飘了 8f的温嵐补讎魅储瓶在針工作皺鯛枷般到I肝电源电时 輔精高的棚L bffll财觎毗,可迖血迅毀测載傾懺靭 于仙监工作解怔肌 咙吋締餓好的幾性：变檢臟乐蠱宇赠車可达 12陆外接电脯单

17、,fiSSAJLlS元作就可方價购成口 F或F/V等吏拯电甌II:节11!xI；I- aBl2,2解-电菽換器山期曲朋孵-电确换轉如图4所示，献射f：裁1、 ci 斛岀觀师相输Attnd昭分压而加有/3的就电氐反相输入端鬱电 Bit tn枇啲酌U此撇入肘啲瞋沿到来忆-T1触|则.卜V41MCl产生-负尖劇脚販礪入软农上,肖处尖劇大于吐3献比朋岀高电平便倔施酬电締咖趣电:加吗驭忙；U-切暑:二n埶仁：訓二哄密扛川卜工：丄 歸恼电平般发#1亂此时电S8J肉T向勤.电貳ilif电除放也同陆 腭晶体管导亂 跚电純碗航，S 4漑曲电过私 版，毎黑鳩冲的下歸蘇您电輕复上觀工作們一吋州昕瞰I,电翅的充剧鼬

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19、V.R人隽WHA/F30n HvW-久WIHi圧iO. 21.0pV/X人夭理吒淹0. 4nA人a 电褛1.03.0nA百人虚尬小0. lHalOHrO. 3Sas八人愉川航几*A- IOHz10. 3J8.0J. inOHr1O. O2oV, vlla/. lOOOHr*. 6n.o输人-声电柚0. IIIxIOIIj1430pAr r入1山电饨*愛/.-JOIUI). 320.pA/ - lOOHa仇140Z1/ r IOOOHfo. n0. n2尸人电E2060MGRs黛復敏人嗷曲200onrvR人 fen.w1X0士 14.0VCMRKV.M-4-I3VnoW亠mWRRAw比vv -a

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