模电课程设计 电压频率变换器教案.doc

模拟电子技术基础 题目名称：电压/频率变换器 班 级： 姓名： 学号： 完成日期： 2011-6-10 摘要 本实验是对信号的产生、处理及变换功能电路的设计，在实际生产和操作中有这应用广泛。本设计是主要针对的是模拟电子技术课程的设计，具有可操作性和应用性，学生能够独立完成。电路信号的转换已经在电子领域中广泛应用，如：采样/保持（S/H）电路、电压比较电路、V/f（电压/频率）变换器、f/V（频率/电压）转换器、V/I（电压/电流）转换器、I/V（电流/电压）转换器、A/D（模/数）转换器、D/A（数/模）转换器等。可以从本实验中学习到更多的电路设计的方法，激发学生的设计兴趣和激情，为以后的学习和工作打下良好大的基础。而V/f（电压/频率）转换器便是本实验的主要内容。 目录 一. 设计任务 二. 简略设计方案 三. 电路构成和部分参数计算 1． 积分电路 2． 单稳态触发器电路 3. 电子开关电路图 4． 恒流源电路的设计 四．总原理图和元器件清单 1.总原理图 2.元件清单 五．基本计算与仿真调试分析 1.基本计算 2.仿真结果 六．PCB仿真图 七. 设计总结 八．参考文献 一、设计任务 设计一种电压/频率变换电路，输入υI为直流电压（控制信号），输出频率为?O的矩形脉冲，且υI 。 υI变化范围：0～10V。 ?O变化范围：0～10kHz 转换精度1% 。 二、设计方案 可知电路主要是由积分器、单稳态触发器、电子开关和恒流源电路组成，原理框图如下： 三、电路构成和部分参数计算 1.、积分电路： 积分电路采用集成运算放大器和RC元件构成反向输入积分器。电路图如下： 2、单稳态触发器电路 单稳态触发器由555定时器构成，单稳态触发器具有下列特点：第一、它有一个稳定状态和一个暂稳状态；第二、在外来触发脉冲的作用下，能够由稳定状态翻转到暂稳状态；第三、暂稳状态维持一段时间后，将自动返回到稳定的状态。暂稳状态时间的长短，与触发器脉冲无关，仅决定于电路本身的参数或者电路阀值电压以外接R、C参数有关，单稳态触发器输出脉冲宽度tW仅决定于定时元件R、C的取值，与输入触发信号和电源电压无关，调节R、C的取值，即可方便的调节tW。采用积分器作为输入电路，积分器是输出信号去控制单稳态触发器，那样就可以得到矩形脉冲的输出。单稳态触发器在数字系统和装置中，一般用于定时（产生一定宽度的脉冲）、整形（把不规则的波形转换成等宽、等幅的脉冲）以及延时（将输入信号延迟一定的时间之后输出）等。 电路图如下： 3、电子开关电路图 电子开关由三极管接反向器的形式，当触发器输出高电平时，三极管饱和导通输出约为0，当触发器输出低电平时，三极管处于截止状态，其输出约为+Vcc。电路图如下： 4、恒流源电路的设计 恒流源是输出电流保持恒定的电流源，而理想的恒流源应该具有以下的特点：第一、不因负载（输出电压）变化而变化；第二、不因环境温度变化而变化；第三、内存可以为无限大（以使其电流可以全部流到外面）。基本的恒流源电路主要是由输入级和输出级构成，输入级提供参考电流，输出级输出需要的恒定电流。恒流源电路具有输出电流恒定、温度稳定性好、直流电阻很小但等效交流输出电阻却很大的等特点。恒流范围大致为1uA—20A。它既可以为各种放大电路提供偏流以稳定其静态工作点，又可以作为其有源负载，以提高放大倍数，并且在差动放大电路和脉冲产生电路中也得到了广泛的应用，在本题目就是用于脉冲产生电路。恒流源采用开关三极管T和稳压二极管Dz等组件构成的，其具体的电路入下图所示当V为0时，D9和D10截止，D1就导通，所以积分电容就通过三极管T放电，当V等于1V时，D9和D10处于导通的状态，D1就截止，输入信号对积分电路充电。在单稳态触发器的输出端就得到矩形脉冲。电路图如下： 四、总原理图和元器件清单 1、总原理图： 2、组件列表： 电阻 10K 2 电阻 20K 4 电阻 6.2K 1 电阻 22K 1 电阻 4.7K 1 电阻 100K 1 电阻 43K 1 电源 15V 1 电源 -15V 1 电容 1000PF 2 电容 0.1uF 1 运算放大器 1 NPN三极管 2 稳压管 2CW15 1 二极管 5 555定时器 1 五、基本计算与仿真调试分析 1、基本计算： 从题目的要求结合电路图，输入Vi和输出f0要成正比关系，这个题目要求输入电压的范围为1~10V，而输出频率要求为1~10KHZ，所以该电路需要有1Khz/V的换系数。输入有信号电压Vin即积分器电路输入信号控制单稳态触发器，积分电容充电,当积分输出