电压频率变换器讲解Word文件下载.docx
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电子信息教研室
学号
1219020
学生姓名
专业班级
电气工程及其自动化121
课程设计题（论文）目
电压/频率变换器
课程设计（论文）任务
设计任务：
（1）设计一种振荡频率随外加控制电压变化的振荡器。
（2）设计放大器所需的直流稳压电源。
设计参数：
f?
vi。
的矩形脉冲，且V为直流电压（控制信号），输出频率为f电压
（1）/频率变换器输入0i0
（2）Vi变化范围：
0~10V。
（3）f变化范围：
0~10kHz。
（4）转换精度<
1%。
0设计要求：
1.分析设计要求，明确性能指标。
必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。
2.确定合理的总体方案。
对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。
3.设计各单元电路。
总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。
4.组成系统。
在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。
指导教师评语及成绩
指导教师签字：
成绩：
日年月
2
?
摘要：
本次课程设计利用输入电压大小改变电容的充电速度，从而改变震荡电路的振荡频率，故采用积分器作为输入电路。
积分器的输出信号去控制电压比较器或者单稳态触发器，可得到矩形脉冲输出，由输出信号电平通过一定反馈方式控制积分电容恒流放电，当电容放电到某一域值时，电容C再次充电。
由此实现Vi控制电容充放电速度，即控制输出脉冲频率。
关键词：
V/F转换；
高精度；
555定时器。
3
第一章电压频率变换器的设计方案简介………………………………4
1.1实验目的及应用意义………………………………………………………………4
1.2设计思路……………………………………………………………………………4
1.3原理框图设计………………………………………………………………………4
第二章电压频率变换器个单元电路设计………………………………5
2.1积分设计…………………………………………………………………………….5
2.2单稳态触发器设计………………………………………………………………….6
2.3电子开关设计……………………………………………………………………….7
2.4恒流源电路设计…………………………………………………………………….7
2.5电路图……………………………………………………………………………….8
第三章理论计算………………………………………………………….9
3.1主要参数表…………………………………………………………………………9
3.2基本计算…………………………………………………………………………….9
第四章实验结果………………………………………………………....10
4.1实验数据记录表：
………………………………………………………………...10
4.2仿真图片....................................................................................................................10
第五章设计总结和体会…………………………………………………16
参考文献…………………………………………………………………..16
4
第一章电压频率变换器的设计方案简介
实验目的及应用意义1.1
（1）学习简单积分电路的设计与由555定时器组成的单稳态触发器。
（2）用multisim设计出实验原理图，使Vi变化范围：
0～10V，fo变化范围：
0～10KHz；
并分析其功能原理。
1.2设计思路
电压频率变换器的输入信号频率fo与输入电压Vi的大小成正比。
输入控制电压Vi常
为直流电压，也可根据要求选择脉冲信号作为控制电压，其输出信号为正弦波或者脉冲波形电压。
本设计利用输入电压的大小改变电容的充电速度，从而改变振荡电路的振荡频率，故采用积分器作为输入电路。
积分器的输出信号去控制电压比较器或者单稳态触发器，可得到矩形脉冲输出，由输出信号电平通过一定反馈方式控制积分电容恒流放电，当电容放电到某一阈值时，电容C再次充电。
1.3原理框图设计
图1.1原理框图
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第二章电压频率变换器各单元电路设计
积分设计2.1电子计分器是利用电子学的方法对测量线圈的感应电动势进行直接积分，其输出电压
与磁场成正比，它能够对电压进行瞬时积分，可以测量随时间变化的磁场。
电子积分器的两种主要讲结构：
1.利用运算放大器实现积分运算的模拟电子积分器；
2.利用电压频率转换器实现积分运算的数字电子积分器。
由于电子积分器的相对误差、精度问题以及零点不稳定等方面的问题，故采用数字电子积分器。
电压频率变换器构成的数字电子积分器可以排除上述缺点，由这种方法构成的磁通计与其他磁通计相比，准确度高，零点漂移小以及你可以利用计算机直接进行积分和数据处理。
本设计积分器采用集成运算放大器和RC元件构成的反向积分器。
具体电路如下：
元件构成的反向积分器2.1运算放大器和RC图
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2.2单稳态触发器设计
单稳态触发器使用555定时器构成的单稳态电路，555集成电路是由集成运算放大器
的
单门限压比较器、基本RS触发器及工作与开关状态的双极型三极管集成在一起的电路模块。
单稳态触发器是指电路达到稳定之后，只有一个稳定状态的触发器。
一般具有以下特点：
（1）电路的输出可以是低电平，也可以是高电平，但稳定的输出状态时唯一的。
（2）在外界的触发信号作用下，电路的输出状态将进入暂时的工作状态，成为暂稳态。
暂稳态是暂时的，经历一段时间后，电路的输出一定会自动回到其稳定输出状态。
（3）暂稳态的维持时间取决于电路的参数，与外界的触发信号脉冲宽度和幅度大小无关。
只要触发信号的幅度足够高或足够低，就能使电路进入暂稳态工作。
由于以上特点，单稳态触发器广泛应用于将尖脉冲转换成矩形脉冲信号，延时脉冲产生电流，具体电路图如下：
图2.2单稳态触发器
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2.3电子开关设计
电子开关采用开关三极管接成反相器形式，当触发器的输出为高电平时，三极管饱和
导通，输出近似为0，当触发器输出为低电平时，三极管截止，输出近似等于+Vcc。
2.4恒流源电路设计
恒流源电路可采用开关三极管T，稳压二极管Dz等元件构成。
具体电路如下所示。
当
Vi为0时，D2，D3截止，D4导通，所以积分电容通过二极管放电。
当Vi为1时，D2，D3导通，D4截止，输入信号对积分电容充电。
在单稳态触发器的输出端得到矩形脉冲。
图2.4恒流源
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2.5总电路图
总电路图图2.5
9
第三章理论计算
3.1主要参数表
器件
型号
个数
电阻
10K
2
电容
1000PF
20K
4
0.1UF
电阻
6.2K
运算放大器
22K
NPN二极管
1.7K
稳压管
1N5225B
100K
二极管
5
13K
555定时器
电源
15V
电源
3.2基本计算
根据题目要求结合电路图，输入和输出关系Vi∝fo,题目要求输入电压范围为1～10V，
而输出频率要求1～10KHz,所以该VFC电路需要1KHz/v的换系数。
输入有信号电压Vin时，积分电容充电，积分器输出下降，当电压降至触发器的触发电平（﹤1/3Vcc）,555置位，使得积分电容通过恒流源反向充电，当积分电容电压上升到2/3Vcc时，又使555复位，积分电容又开始充电，从而形成震荡。
因为单稳态电路的充电时间tw=1.1R9*C3,选取R9为43K，C3为1000p,确定充电时间为0.05ms。
根据所采用的恒流源电路及参数设置以及输入电压和输出频率的关系，可确定恒流源对积分电容反向充电时间，从而确定C1=0.1uf,R1=20K。
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第四章实验结果
4.1实验数据记录表
Uin
（V）
fo（KHz）
U1
1.984
U4
7
13.804
U2
3
5.963
U5
9
18.144
U3
9.849
U6
10
32.526
4.2仿真图像
图4.2仿真图像
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第五章设计总结和体会
电压频率转换电路是将模拟电压信号转换成频率信号，由于电压/频率转换本身是一种
积分过程，其转换结果送给计算机是可采取简单的电路耦合，因而具有较强的抗干扰能力，电压/频率转换电路与计算机的接口比较简单，转换精度和线性度也比较好。
通过这次课程设计，我学会很多关于电子产品的知识，进一步认识了我们现实生活中的电子产品，初步了解和掌握了一些简单电子元间的运用，大大拓展了我的知识面。
此外，更加熟练地掌握和运用multisim仿真软件。
设计时，虽然有一定难度，但我对这次课程设计非常积极。
我根据在网上和参考书上找到有关电压/频率转换器的知识，用力地研究和设计电路，并在multisim仿真软件上画原理图。
我先后在multisim上画了几个图，但都经调试后和正确结果不符合。
于是，我一五一十地按原理图认真地重画了一遍，最后终于画成功了，并且调试效果很好。
这次设计使我进一步了解了积分电路和稳压管，也了解了555定时器并知道了他的具体用处。
通过上网查资料，知道了电压/频率转换器可以测量电机转速，实现汽车超速报警以及应用于电子互感器（电子互感器在电力系统中应用涉及的一重要问题是高压侧数据的转换和同步传送，这个问题与电力系统保护和控制装置的准确性和可靠性密切相关，而电压/频率转换器在解决这个问题上有独特的优越性）等。
更重要的，提高了自己的动手能力，给了我很大的启发，有助于以后的学习和工作。
参考文献
1彭介华，《电子技术课程设计指导》，北京：
高等教育出版社，1997。
2高吉祥，《电子技术基础实验与课程设计》，北京：
电子工业出版社，2005。
3童诗白，《模拟电子技术基础》，北京：
高等教育出版社，1988。
4康华光，《电子技术基础——模拟部分》，北京：
高等教育出版社，2006。
5康光华，《电子技术基础——模拟部分》，北京：
高等教育出版社，2011。
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