电压频率和频率电压转换电路的设计
设计一个V/F转换器，研究其产生的输出电压的频率随输入电压幅度的变化关系。
1 绪论
（1）电压/频率转换即v/f转换，是将一定的输入信号按线性的比例关系转换成频率信号，当输入电压变化时，输出频率也响应变化。它的功能是将输入直流电压转换频率与其数值成正比的输出电压，故也称电压控制振荡电路。
如果任何一个物理量通过传感器转换成电信号后，以预处理变换为合适的电压信号，然后去控制压控振荡电路，再用压控振荡电路的输出驱动计数器，使之在一定时间间隔内记录矩形波个数，并用数码显示，那么可以得到该物理量的数字式测量仪表。
图1 数字测量仪表
电压/频率电路是一种模/数转换电路，它应用于模/数转换，调频，遥控遥测等各种设备。
（2）F/V转换电路
F/V转换电路的任务是把频率变化信号转换成按比例变化的电压信号。这种电路主要包括电平比较器、单稳态触发器、低通滤波器等电路。它有通用运放F/V转换电路和集成F/V转换器两种类型。
1.1设计要求
设计一个将直流电压转换成给定频率的矩形波的电路,要求包括：积分器；电压比较器和一个将给定频率的矩形波转换为直流电压的电路，要求包括：过零比较器、单稳态触发器、低通滤波器等。
1.2 设计指标
(1）输入为直流电压0-10V， 输出为f=0-500Hz的矩形波。
（2）输入ui是0~10KHZ的峰-峰值为5V的方波，输出uo为0~10V的直流电压。
2 设计内容 总体框图设计
2．1 V/F转换电路的设计
2.1.1 工作原理及过程
积分器和滞回比较器首尾相接形成正反馈闭环系统，如图 2所示，比较器输出的矩形波经积分器积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成矩形波，这样便可构成三角波，矩形波发生器。由于采用集成运放组成的积分电路，因此可以实现恒流充电，能够得到比较理想的矩形波。
通过分析可知，矩形波幅值大小由稳压管的稳定电压值决定，即方波的幅值 。
矩形波的振荡频率
2.1.2 模块功能
积分器：积分电路可以完成对输入电压的积分运算，即输入电压与输出电压的积分成正比。
滞回比较器：用来输出矩形波，积分器得到的三角波可触发比较器自动翻转形成矩形波。
稳压管：用来确定矩形波的幅值。
图 2 总体框架图
2.2 功能模块的设计
2.2.1 积分电路工作原理
积分电路可以完成对输入电压的积分运算，即输入电压与输出电压的积分成正比。由于同相积分电路的共模输入分量大，积分误差大，应用场合少，所以不予论述，本课程设计用到的是反相积分电路。
图 3 积分器
反相积分电路如图 3 所示，电容器C引入交流并联电压负反馈，运放工作在线性区。由于积分运算是对瞬时值而言的，所以各电流电压均采用瞬时值符号。
由电路得
因为“-”端是虚地，即U-=0,并且
式中是积分前时刻电容C上的电压，称为电容端电压的初始值。所以
把 代入上式得
当时
若输入电压是图所示的阶跃电压，并假定,则t>=0时，由于 ，
所以
由此看出，当E为正值时，输出为反向积分，E对电容器恆流充电，其充电电流为E/R，故输出电压随线性变化。当向负值方向增大到集成运放反向饱和电压时，集成运放进入非线性工作状态， 保持不变，图3所示。
如输入是方波，则输出将是三角波，波形关系如图4所示。
当时间在0～期间时，电容放电
当t= 1时，
当时间在～ 期间时，电容充电，其初始值
所以
当 t= 时，。 如此周而复始，即可得到三角波输出。
图4 波形变换
上述积分电路将集成运放均视为理想集成运放，实际中是不可能的，其主要原因是存在偏置电流，失调电压，失调电流及其温漂等。因此，实际积分电路 uo 与输入电压关系与理想情况有误差，情况严重时甚至不能正常工作。解决这一情况最简便的方法是，在电容两端并接一个电阻 ，利用 引入直流负反馈来抑制上述各种原因引起的积分漂移现象。但 数值应远大于积分时间，即T/2 ，T 为输入方波的周期否则的自身也会造成较大的积分误差，电路如图4所示.
2.2.2 滞回比较器
简单的电压比较器结构简单，而且灵敏度高，但它的抗干扰能力差， 如果输入信号因受干扰在阀值附近变化，如图所示，现将此信号加进同相输入的过零比较器，则输出电压将发生不应该出现的跳变，输出电压波形如图所示。用此输出电压控制电机等设备，将出现错误操作，这是不允许的。
滞回比较器能克服简单的比较器抗干扰能力差的缺点，滞回比较器如图5所示。滞回比较器具有两个阀值可通过电路引入正反馈获得。
图 5 滞回比较器
按集成运放非线性运用特点，根据下列公式可得知，输出电压发生跳变的临界条件是 。
从图 5可得
当 时所对应的 值就是阀值，即
当 时得上阀值：
当 时得下阀值：
由阀值可画出其传输特性。假设 为负电压，此时< 输出为 ，对应其阀值为上阀值 。如逐渐使 上升，只要>，则输出 将不变，直至>= 时，> ，使输出电压由 突跳至 ，对应其阀值为下阀值 。 再继续上升，> 关系不变，所以输出 不变。之后 逐渐减少，只要> ，输出+ 仍维持不变，直至<= 时，u+<=u- ，输出再次突变，由 下跳至 。其同相滞回比较器的传输特性如图 6 所示。
同样的方法可求得反相滞回比较器的阀值电压和传输特性：
其传输特性如图6所示。
显然，改变 UR 即可改变其阀值，从而改变了传输特性，图6所示是 Ur=0 的情况，此时，两个电路的传输特性均以纵轴对称。
图6 传输特性
2.2.3 稳压管
稳压二极管的工作原理是利用 PN 结的击穿特性。稳压二极管反向击穿后的伏安特性是十分陡峭的，也就是说，通过稳压管的电流有很大变化时，其两端电压变化却很小，几乎是恒定的。利用这种特性可以构成所要求的稳压电路， 为限流电阻，用来限制稳压管中的最大电流。输入电压或负载发生变化而引起稳压管电流变化时，输出电压即稳压管两端电压几乎为一恒定值。
图 7 稳压二极管
2.3 F/V总电路图设计原理
2.3.1 方波和三角波发生电路形式的选择
由集成运放构成的方波和三角波发生器的电路形式比较多，但通常均由滞回比较器和积分电路组成。按积分电路的不同，又可分为两种类型：一类是由普通RC积分电路和滞回比较器构成，另一类由恒流充放电的积分电路和滞回比较器组成。
常用的三角波和方波发生电路是由集成运放组成的积分器和滞回比较器组成，如图 7 所示。由于采用了由集成运放组成的积分器，电容始终处在恒流充，放电状态，使三角波和方波的性能大为改善，不仅能得到线性度较理想的三角波，而且也便于调节振荡频率和幅度。
图 8 V/F总电路原理图
图9 V/F转换波形图
分析图 7 所示电路可知，方波和三角波的振荡频率相同，其值为
方波的输出幅度由稳压管 决定，方波经积分后得到三角波，因此三角波输出的幅度为
2.3.2 电路元件的选择及参数的确定
（1）集成运算放大器的选择输出
由于方波的前后沿时间与滞回比较器的转换速率有关，当方波频率较（几十千赫兹以上）或对方波前后沿要求较高时，应选择高速集成运算放大器来组成滞回比较器。
（2）稳压管的选择
稳压管的作用是限制和确定方波的幅度。此外，方波幅度和宽度的对称性也与稳压管的对称性有关。为了得到稳定而且对称的方波输出，通常选用高精度双向稳压二极管，如 2DW7 。是稳压管的限流电阻，其值根剧所用稳压管的稳压电流来确定。
(3）分压电阻和阻值的确定
和的作用是提供一个随输出方波电压而变化的基准电压并由此决定三角波的幅度输出。所以 和的阻值应根据三角波输出幅度的要求来确定。例如，已知 ，若要求三角波的峰值为 ，则
若取=10K ，则=15K 。当要求三角波的幅度可以调节时，R1 和则
可用电位器来代替。
（4）积分元件及和参数的确定
和 的值应根据方波和三角波发生器的振荡频率来确定。当分压电阻 和的阻值确定后，先选择电容的值然后确定的阻值。
对于图 7 所示电路，为了减小积分飘移，应尽量将电容 取大些。但是电容量大的电容漏电也大。
2.3.3 方波和三角波发生电路的调试方法
方波和三角波发生电路的调试，应使其输出电压幅度和振荡 频率坊铝浦足授计要求。为此，可用示波器测量方波和三角波的频率和幅度。调整电阻 的阻值，可以改变振荡频率；调整电阻和的阻值，可以改变三角波的输出幅度。
2.4频率/电压转换电路的设计
频率/电压转换电路的任务是把频率变化信号转换成按比例变化的电压信号。这种电路主要包括电平比较器、单稳态触发器、低通滤波器等电路。它有通用运放频率/电压频率/电压转换电路和集成频率/电压转换器两种类型。
图 9 频率/电压转换电路原理框图
2.5 功能模块的设计
2.5.1过零比较器
过零比较器的工作原理是将输入信号与0V地电压进比较来判定输出是高电平还是低电平，例如反相输入端输入的过零比较器在输入正弦信号时，在正弦波的正半周时输出为低电平，而在正弦波的负半周时输出为高电平。这样就把正弦波变成矩形波了，当然它还可以将三角波等波形变换为矩形波。过零比较器，顾名思义，其阈值电压U T=0V。电路如图9(a)所示，集成运放工作在开环状态，其输出电压为+U OM或-
U OM。当输入电压uI<0V时，U O=+U OM；当输入电压u I>0V时，U O=-
U OM。因此，电压传输特性如图9(b)所示。
uo
uI
+U OM
uI
uo
-U OM
uI<0
uI>0
－
＋
(a)电路 （b）电压传输特性
图 10 过零比较电路及电压传输特性
2.5.2 单稳态触发器
我们知道，因为触发器有两个稳定的状态，即0和1，所以触发器也被称为双稳态电路。与双稳态电路不同，单稳态触发器只有一个稳定的状态。这个稳定状态要么是0，要么是1。单稳态触发器的工作特点是：(1)在没有受到外界触发脉冲作用的情况下，单稳态触发器保持在稳态；（2）在受到外界触发脉冲作用的情况下，单稳态触发器翻转，进入“暂稳态”。假设稳态为0，则暂稳态为1。（3）经过一段时间，单稳态触发器从暂稳态返回稳态。单稳态触发器在暂稳态停留的时间仅仅取决于电路本身的参数。
图 11 单稳态触发电路
此电路可用在一些自动控制系统中。电阻R1、R2组成分压电路，为运放A1负输入端提供偏置电压U1，作为比较电压基准。静态时，电容C1充电完毕，运放A1正输入端电压U2等于电源电压V+，故A1输出高电平。当输入电压Ui变为低电平时，二极管D1导通，电容C1通过D1迅速放电，使U2突然降至地电平，此时因为U1>U2，故运放A1输出低电平。当输入电压变高时，二极管D1截止，电源电压R3给电容C1充电，当C1上充电电压大于U1时，既U2>U1，A1输出又变为高电平，从而结束了一次单稳触发。显然，提高U1或增大R2、C1的数值，都会使单稳延时时间增长，反之则缩短。
如果将二极管D1去掉，则此电路具有加电延时功能。刚加电时，
U1>U2，运放A1输出低电平，随着电容C1不断充电，U2不断升高，当
U2>U1时，A1输出才变为高电平。
2.5.3低通滤波器
低通滤波器是容许低于截至频率的信号通过，但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置。
低通滤波器原理：它是利用电容同高频阻低频,电感通低频阻高频的原理。对于需要截止的高频,利用电容吸收电感、阻碍的方法不使它通过，对于需要的低频，利用电容高阻、电感低阻的特点是它通过。
一个可以作为低通滤波器的简朴电路包括与一个负载串联的电阻以及与负载并联的一个电容。电容有电抗作用阻止低频信号通过，低频信号经过负载。在较高频率电抗作用减弱，电容起到短路作用。这个区分频率（也称为转换频率或者截止频率（Hz））由所选择的电阻和电容所确定。
图 12 低通滤波器原理图
2.6 F/V总电路图设计原理
包括以上分析的三个部分：电平比较器，单稳态触发器和低通滤波器。
图 13 F/V总电路图设计原理
如图10运放构成的F/V转换电路。放大器N1及R3、R4构成电压比较器，二极管VD1、VD2为输入限幅保护；N2及R1、R2、R5、R6、R、C、R7、R2、VT2构成低通滤波器；N3为隔离用输出放大器。当有输入信号ui时，比较器N1将输入信号转换相同频率的方波u，再经过微分电容C1和二极管VD3把上升的窄脉冲送至单稳态N2的输入端。在常态下uN为负电位、N2输出为高电平，三极管VT1、VT2导通，u2为低电平。N1送来的正脉冲使N2翻转、输出变为低电平；这时VT1截止，u2变为高电平（其值为稳压管VS的稳压值Um），uN保持在高电平UH，其值为
UH=R1×Um/（R1+R2）+R2×（-E）/（R1+R2）
同时VT2截止，使电容C被+E通过R充电，N2同向输入up随之变化，其值为
Up（t）=up（∞）+[up（0+）-up（∞）]e-t/t
式中，up（∞）=E；up（0+）=R6× E/（R+R6）。
当C被充电到up≥UH时，N2再翻转到达稳定状态，充电时间经历TW，它的值为
TW=RCIn{[E-up(0+)]/[E-UH]}
转换电路的各点电压波形关系如图11，图12所示，通低滤波后，电路输出电压平均值为
u0=Tw× Um× fi
从而完成了输入频率fi到输出模拟电压的转换。
图 14 转换前的波形
图 15 转换后的波形
3 设计心得
两周的课程设计，增加了自己的动手实践能力。理论与实践还是有一定的差距的，在理论上不管多精确的数据，一旦用于实际中，就不得不考虑其仪器，器件的误差，以及自己操作上的能力。
而且，比起以往只要照着电路连线做实验，这次更添加了自己的思考，该选择怎样的电阻，电容，想要修改最后的输出，应该在什么地方做改变。虽然是一些很基础的东西，但仅仅是书上的理论学习，会让人对知识遗忘得比较快，相反，通过自己动手实践过的东西，会更加记忆深刻。看着自己连接出来的电路，并且系统是活的，还是挺有成就感的，虽然还有很多问题存在。
整个课程设计过程，不仅是一个课程设计，也让我对于课本上的知识有了更深的了解，对于知识，也更加形象化了。一味地只是看书本，背公式，计算题目，理论上好像都能理解的东西，一旦真正的应用于实践中，就会产生很多意想不到的惊喜与惊奇。原来觉得很难想通或想到的内容，在实验中会不经意地发现“原来是这样”，自己当初怎么就不到呢？
4 元器件清单：
原件型号个数
集成运算uA7412
电容4
晶体二极管2DW71
电阻6
晶体二极管2CW131
晶体三极管90121
稳压二极管 4.3 1
运算放大器uA7412
二级管VD1电容C1集成运放N1
集成运算
uA741×2
电容 ×1二级管VD2电容C2电容 C
稳压管VS电阻R1,R2,R3,晶体二极管2DW7NJM4151芯
片
电阻 ×6二级管VD3集成运放N3电阻R4,R5,R6晶体二极管
二级管VD4集成运放N2电阻R7,R8,R9 2CW13×1
基于LM331频率电压转换器电路设计
基于LM331频率电压转换器电路设计LM331基本上是从国家半导体精密电压频率转换器。该集成电路具有手像应用模拟到数字的转换，长期一体化，电压频率转换，频率电压转换。宽动态范围和出色的线性度，使适合上述应用的IC，这里的LM331作为电压转换器转换成一个成比例的电压，这是非常线性的输入频率与输入频率的频率有线。电压转换的频率达到差分输入频率使用电容C3和电阻R7，和由此产生的脉冲序列喂养的PIN6的 IC(阈值)。在PIN6负由此产生的脉冲序列的边缘，使得内建 说明 LM331基本上是从国家半导体精密电压频率转换器。该集成电路具有手像应用模拟到数字的转换，长期一体化，电压频率转换，频率电压转换。宽动态范围和出色的线性度，使适合上述应用的IC，这里的LM331作为电压转换器转换成一个成比例的电压，这是非常线性的输入频率与输入频率的频率有线。电压转换的频率达到差分输入频率使用电容C3和电阻R7，和由此产生的脉冲序列喂养的PIN6的 IC(阈值)。在PIN6负由此产生的脉冲序列的边缘，使得内建的比较器电路，触发定时器电路。在任何时刻，电流流过的电流输出引脚(引脚6)将输入频)的值成正比。因此，输入频率(FIN)成正比的电压(VOUT)率和定时元件(R1和C1 将可在负载电阻R4 。电路图
注意事项 该电路可组装在一个VERO板上。 我用15V直流电源电压(+ VS)，同时测试电路。 LM331可从5至30V DC之间的任何操作。 R3的值取决于电源电压和方程是R3 =(VS - 2V)/(2毫安)。 根据公式，VS = 15V，R3 = 68K。 输出电压取决于方程，VOUT =((R4)/(R5 + R6))* R1C1 * 2.09V *翅。壶R6可用于校准电路。
利用LM331进行频率电压转换教学教材
.ffff5.1 频率/电压变换器* 一、概述 本课题要求熟悉集成频率——电压变换器LM331的主要性能和一种应用； 熟练掌握运算放大器基本电路的原理，并掌握它们的设计、测量和调整方法。 二、技术要求 当正弦波信号的频率f i 在200Hz~2kHz 范围内变化时,对应输出的直流电压V i 在1~5V 范围内线形变化; 正弦波信号源采用函数波形发生器的输出(见课题二图5-2-3); 采用±12V 电源供电. 三、设计过程 1．方案选择 可供选择的方案有两种,它们是: ○ 1用通用型运算放大器构成微分器,其输出与输入的正弦信号频率成正比. ○ 2直接应用F/V 变换器LM331,其输出与输入的脉冲信号重复频率成正比. 因为上述第○ 2种方案的性能价格比较高,故本课题用LM331实现. LM331的简要工作原理 LM331的管脚排列和主要性能见附录 LM331既可用作电压――频率转换（VFC ） 可用作频率――电压转换（FVC ） LM331用作FVC 时的原理框如图5-1-1所示. -输入比较器 定时比较器 + +56 7 1s Q T C t R t V CC 2/3V CC 9/10V CC s 置“1”端 置“0”端 R R L C L -V 0 fi 图5-1-1 +V CC Q + 此时,○ 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(结合看图5-1-2所示的波形)如下:
2/3V CC v ct t 1.1R t C t t 0V 0 v CL t 3.5v p-p V CC 1/f i t 1 s 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）。
利用LM331进行频率电压转换
. 频率/电压变换器* 一、概述 本课题要求熟悉集成频率——电压变换器LM331的主要性能和一种应用； 熟练掌握运算放大器基本电路的原理，并掌握它们的设计、测量和调整方法。 二、技术要求 当正弦波信号的频率f i 在200Hz~2kHz 范围内变化时,对应输出的直流电压V i 在1~5V 范围内线形变化; 正弦波信号源采用函数波形发生器的输出(见课题二图5-2-3); 采用±12V 电源供电. 三、设计过程 1．方案选择 可供选择的方案有两种,它们是: 》 ○ 1用通用型运算放大器构成微分器,其输出与输入的正弦信号频率成正比. ○ 2直接应用F/V 变换器LM331,其输出与输入的脉冲信号重复频率成正比. 因为上述第○ 2种方案的性能价格比较高,故本课题用LM331实现. LM331的简要工作原理 LM331的管脚排列和主要性能见附录 LM331既可用作电压――频率转换（VFC ） 可用作频率――电压转换（FVC ） LM331用作FVC 时的原理框如图5-1-1所示. R +V CC 此时,○ 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(结合看图5-1-2所示的波形)如下: ；
2/3V CC v ct V 0 v CL p-p V CC 1 s 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C t 由V CC 经R t 充电，其上电压V Ct 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C L 充电，V CL 按线性增大（因为是恒流源对C L 充电）。 经过的时间，V Ct 增大到2/3V CC 时，则R 有效（R=1，S=0），Q =0，C t 、C L 再次充电。然后，又经过的时间返回到C t 、C L 放电。 以后就重复上面的过程，于是在R L 上就得到一个直流电压V o （这与电源的整流滤波原理类似），并且V o 与输入脉冲的重复频率f i 成正比。 C L 的平均充电电流为i ×（）×f i C L 的平均放电电流为V o /R L 当C L 充放电平均电流平衡时，得 V o =I ×（）×f i ×R L 式中I 是恒流电流，I=R S 式中是LM331内部的基准电压（即2脚上的电压）。 于是得i t t S L o f C R R R 09 .2V = " 可见，当R S 、R t 、C t 、R L 一定时，V o 正比于f i ，显然，要使V o 与f i 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f i ，要使V o 为一定植，可调节R S 的大小。恒流源电流I 允许在10μA~500μA 范围内调节，故R S 可在190k Ω~ k Ω范围内调节。一般R S 在10k Ω左右取用。 2．LM331用作FVC 的典型电路 LM331用作FVC 的电路如图5-1-3所示。 f i lo mA 2.02 V R CC x -=
电压频率转换器设计(含电路图)
《模拟电子技术基础》课程设计报告题目电压/频率变换器 班级电科1124 姓名冯刚毅 学号201211911406 成绩 日期
课程设计任务书
一电压/频率变换器的设计方案简介 1.1 实验目的及应用意义 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设计出实验原题图，使V I变化范围：0∽10V，f o变化范围：0∽10kHz；并分析其功能原理。 1.3 设计思路 电压/频率变换器的输入信号频率f。与输入电压V i 的大小成正比，输入控制电压V i常为直流电压，也可根据要求选用脉冲信号做为控制电压，其输出信号可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，当电容放电到某一域值时，电容C再次充电。由此实现V i 控制电容充放电速度，即控制输出脉冲频率。 1.4 原理框图设计
电压频率转换器原理框图1.5 电路图
二电压频率变换器各单元电路设计 2.1 积分器设计 积分器采用集成运算放大器和R C 元件构成的反向输入积分器。具体电路如下： 2.2 单稳态触发器设计 单稳态触发器采用555 定时器构成的单稳电路。具体电路如下：
2.3 电子开关设计 电子开关采用开关三极管接成反向器形式，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D z 等元件构成。具体电路如下所示。当V1’为0时，D2，D3 截止，D4 导通，所以积分电容通过二极管放电。当V1’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。
电压频率变换器的设计讲解
机械与电子工程学院 课程设计报告 课程名称模拟电子技术课程设计设计题目电压频率变换器 所学专业名称电气信息类 班级电类114班 学号********** 学生姓名王*金 指导教师汪* 2012年12月23日
机电学院模拟电子技术课程设计 任务书 设计名称：电压频率转换器 学生姓名：王*金指导教师：汪* 起止时间：自2012 年12 月10 日起至2012 年12 月25 日止 一、课程设计目的 1).熟悉集成电路及有关电子元器件的使用; 2).了解电压平频率转换器主体电路的组成及工作原理; 3).学习电路中基本电路的应用以及单稳态触发器等综合应用。 二、课程设计任务和基本要求 设计任务： 1）.熟悉和应用比较器的构成及设计方法，尤其是迟滞比较器的应用。 2）.熟悉和应用积分器的构成和设计方法，了解电容在其中的工作原理。 3）.熟悉和简单应用二极管作电子开关的构成和设计方法。 4）.熟悉迟滞比较器与积分器之间的波形转换。 5）.熟悉掌握运用multisim画图、调试和仿真。 基本要求： 1).有明确的设计方案使操作简便易行。 2）.设计一个将直流电压转换成给定频率的矩形波，包括：积分器；电压
比较器。 3）.输入为直流电压0-10V。 4）.输出为f=0-500Hz的矩形波。 5).按规定格式写出课程设计报告书。
机电学院模拟电子技术课程设计指导老师评价表
目录 摘要和关键词 (1) 第一章设计指标 (2) 1.1 设计指标 (2) ◆ 1.1.1设计内容 (2) ◆ 1.1.2设计要求 (2) 第二章系统设计原理及内容 (2) 2.1 设计思想 (2) 电压/频率转换器原理框 (2) 第三章电路各模块方案设计 (3) 3.1 积分器的设计方案 (3) 3.2比较器的设计方案 (4) ◆ 3.2.1电压比较器 (4) ◆ 3.2.2过零比较器 (5) 3.3单稳态触发器 (6) 3.4低通滤波器 (6) 3.5模块的整合 (7) ◆ 3.5.1 电压/频率 (7) ◆ 3.5.2 频率/电压 (7) 第四章结束语 (8) 4.1心得体会 (8) 元件清单 (9) 参考文献 (9)
变频器中的频率、电压、转速、电流、功率的关系
步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。这种控制方式多用于风机、泵类节能型变频器。 频率下降时电压V也成比例下降，这个问题已在回答4说明。V与f的比例关系是考虑了电机特性而预先决定的，通常在控制器的存储装置(ROM)中存有几种特性，可以用开关或标度盘进行选择。 频率下降时完全成比例地降低电压，那么由于交流阻抗变小而直流电阻不变，将造成在低速下产生地转矩有减小的倾向。因此，在低频时给定V/f,要使输出电压提高一些,以便获得一定地起动转矩,这种补偿称增强起动。可以采用各种方法实现,有自动进行的方法、选择V/f 模式或调整电位器等方法。 一、引言随着变频调速技术的发展，变频器调速已成为交流调速的主流，在化纤、纺织、钢铁、机械、造纸等行业得到广泛的应用。由于通用变频器一般采用V/f控制，即变压变频（VVVF）方式调速，因此，变频器在使用前正确地设定其压频比，对保证变频器的正常工作至关重要。变频器的压频比由变频器的基准电压与基准频率两项功能参数的比值决定，即基准电压/基准频率=压频比。基准电压与基准频率参数的设定，不仅与电动机的额定电压与额定频率有关（电机的压频比为电机的额定电压与额定频率之比），而且还必须考虑负载的机械特性。对于普通异步电机在一般调速应用时，其基准电压与基准频率按出厂值设定（基准电压380V，基准频率50Hz），即满足使用要求。但对于某些行业使用的较特殊的电机，就必须根据实际情况重新设定基准电压与基准频率的参数。由于变频器使用说明书以及有关书籍中没有对这两个参数作详细介绍，因此正确的设定该参数对于不少使用者来说，并非很
电压频率转换
A1的反馈电阻决定其直流增益。调整电位器RP1（10kΩ），使输入频率为30kHz 时，A1输出为3V，这样对于输入0～30kHz频率，可得0～3V输出电压，线性度为0.005％左右。 温漂取决于电容C2、A1的反馈电阻以及基准电压（13脚电压）。为此，C2采用温度系数为-120ppm/℃的聚苯乙烯电容，R2（75kΩ）采用温度系数为+120ppm/℃的电阻，基准电压电路的稳压二极管VD1采用LT1004。 本电路开关电容滤波器采用LTC1043，A1采用LF356，也可用其他讼司类似产品代替。 如图是NE555构成的电压/频率转换电路。电路中n，A1和A2构成同相积分器，VT1和A3构成恒流源，NE555构成单稳多谐振荡器。VT2是受NE555控制使其开关工作，对恒流源实行通/断控制。 A1和A2构成同相积分器，即同相输入电位较高，则输出上升；反之，同相输入电位较低，则输出下降。恒流源电流对C1进行充电，由于A2的同相输入为零，致使A2输出向负方向变化。由于A2为反相器，因此，A1的输出当然是向正方向上升。若恒流源切断，则积分电流仅是与恒流源反向的输入电流对C1反向充电，又使A2的输出电压向正方向变化，同理A1的输出向负方向变化。由此可知，积分电流受VT2的控制改变方向，从而实现了A1的积分输出改变方向。A1的输出送至NE555的2脚，只要7脚内部晶体管开路，C2就由R4充电使其电压上升，当6脚电平达到（2/3）Ucc时就会使片内触发器翻转，3脚变为低电平，同时C2通过7脚放电返回到零电位。由于3脚为低电平，VD1导通使VT2截止，这就切断了恒流源向积分器的充电通路。这时，A1输出下降，一直降到（1/3）Ucc时又使NE555的2脚为低电平并处于触发状态，于是又开始新的一轮循环，即3脚输出高电平，C2通过R4充电，VD1截止使恒流源为积分器提供电流直到3脚返回到低电平为止。重复上述过程就形成振荡，将输入0～-1OV电压转换为0～100 kHz的频率输出。
电压频率和频率电压转换电路的设计
模电设计课程设计报告 题目：电压/频率变换器 姓名： 班级： 学号： 指导老师： 2011年 1 月12 日
1 绪论 （1）电压/频率转换即v/f转换，是将一定的输入信号按线性的比例关系转换成频率信号，当输入电压变化时，输出频率也响应变化。它的功能是将输入直流电压转换频率与其数值成正比的输出电压，故也称电压控制振荡电路。 如果任何一个物理量通过传感器转换成电信号后，以预处理变换为合适的电压信号，然后去控制压控振荡电路，再用压控振荡电路的输出驱动计数器，使之在一定时间间隔内记录矩形波个数，并用数码显示，那么可以得到该物理量的数字式测量仪表。 图1 数字测量仪表 电压/频率电路是一种模/数转换电路，它应用于模/数转换，调频，遥控遥测等各种设备。 （2）F/V转换电路 F/V转换电路的任务是把频率变化信号转换成按比例变化的电压信号。这种电路主要包括电平比较器、单稳态触发器、低通滤波器等电路。它有通用运放F/V转换电路和集成F/V转换器两种类型。 1.1设计要求 设计一个将直流电压转换成给定频率的矩形波的电路,要求包括：积分器；电压比较器和一个将给定频率的矩形波转换为直流电压的电路，要求包括：过零比较器、单稳态触发器、低通滤波器等。 1.2 设计指标 (1）输入为直流电压0-10V，输出为f=0-500Hz的矩形波。 （2）输入ui是0~10KHZ的峰-峰值为5V的方波，输出uo为0~10V的直流电压。 2 设计内容总体框图设计 2．1 V/F转换电路的设计 2.1.1 工作原理及过程 积分器和滞回比较器首尾相接形成正反馈闭环系统，如图 2所示，比较器输出的矩形波经积分器积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成矩形波，这样便可构成三角波，矩形波发生器。由于采用集成运放组成的积分电路，因此可以实现
【DOC】频率变换电路.
单元六频率变换电路 课题： 单元六 6.1 频率变换的基本概念与信号的表示 6.2 模拟乘法器及其典型应用教学目的： 1. 理解频率变换的基本概念与信号的表示 2. 掌握模拟乘法器及其典型应用教学重点： 1.频率变换的基本概念与信号的表示（频谱） 2.模拟乘法器及其典型应用教学难点： 模拟乘法器应用电路的分析方法教学方法： 讲授 课时： 2 学时 教学进程
单元六频率变换电路 在通信和电子技术中，频率（或频谱）变换是很重要的概念。本章先简单介绍频率变换的基本概念，接着讨论实现频率变换的最重要的器件一一集成模拟乘法器及其简单的应用，最后分析频谱搬移实现原理。 6.1 频率变换的基本概念与信号的表示 一?信号的频谱 1 ?信号的频谱 是指组成信号的各个频率正弦分量按频率的分布情况，即用频率f （或角频率）作为横坐标、用组成这个信号的各个频率正弦分量的振幅Um作为纵坐标作图，就可以得到该信号的频谱图，简称频谱。 2?用频谱表示信号的优点： 可以更直观地了解信号的频率组成和特点，例如信号的频带宽度（带宽）等。 3.—个信号的表示方法：一是写出它的数学表达式；（时域） 二是画出它的波形；（时域） 三是画出它的频谱。（频域） 这三种表示方法在本质上是相同的，故可由其中一种表示方法得到其他两种表示方法。数学表达式表示信号既清楚又准确，波形和频谱表示信号比较直观。但对于某些复杂的信号或无规律的信号，要写出它的数学表达式或画出它的波形很困难，这时用频谱来表示这种信号既容易、又方便。因此用信号的频谱可以表示任何一种信号。 下面举几个例子来理解它们之间的相互转换关系。 ［例6-1］某电压信号的数学表达式为u（t） 3sin °t（V），试画出它的波形和频谱。 解：这是一个单一频率的正弦信号，其频率f o 。/2，其波形如图6-1 （a）所示。由于振幅Um=3V故其频谱如图6-1 （b）所示。 E 5 1 （a）单频倍号的涙形 （3单频信号的频満
电压频率与频率电压转换电路
电压频率与频率电压 转换电路 2011年8月24日
目录： 摘要： (2) Abstract: (2) 一、设计方案 (3) （一）、电压频率转换电路 (3) 1.基于555定时器的电压频率转换： (3) 2.基于LM331的电压频率转换： (4) （二）、频率电压转换电路 (5) 1.基于LM2907的频率电压转换： (5) 2.基于LM331的频率电压转换 (5) 二、主体电路设计 (8) 三、电路安装 (9) （一）、电压频率转换电路 (9) （二）、频率电压转换电路 (10) 四、系统调试： (10) （一）VFC: (10) （二）FVC： (11) 1
摘要： 本系统利用了LM331的原理及性能设计了频率电压以及电压频率转换电路，实现了0Hz--10kHz频率与0—10V电压的相互转换，电路简单，转换结果线性度好。 关键字：LM331 频率电压转换滤波 Abstract: The system uses the principle and characteristic of LM331 to design the frequency-to-voltage and the voltage-to- frequency conversion circuits, realizes the frequency of 0Hz--10kHz and the voltage of 0 - 10V’s transformation , the circuits are simple and result have good linearity. Key-word: LM331 frequency voltage transformation filter 2
固定频率PWM微功率DCDC变换器设计.
固定频率PWM微功率DC/DC变换器设计 在电池供电的计算机,消费类产品和工业设备中,DC/DC变换器是重要的部件。变换器有两种类型：线性变换器和开关变换器。开关变换器主要有三种拓扑结构：降压变换器（开关稳压器将一输入电压变换成一较低的稳定输出电压）;升压变换器（开关稳压器将一输入电压变换成一较高的稳定输出电压）;反激变换器（开关稳压器将一输入电压变换成一较低的稳定反相输出电压）。在此用Motorola的MC33466微功率开关稳压器来设计降压变换器、升压变换器 在电池供电的计算机,消费类产品和工业设备中,DC/DC变换器是重要的部件。变换器有两种类型：线性变换器和开关变换器。开关变换器主要有三种拓扑结构：降压变换器（开关稳压器将一输入电压变换成一较低的稳定输出电压）;升压变换器（开关稳压器将一输入电压变换成一较高的稳定输出电压）;反激变换器（开关稳压器将一输入电压变换成一较低的稳定反相输出电压）。 在此用Motorola的MC33466微功率开关稳压器来设计降压变换器、升压变换器和反激变换器。MC33466器件具有非常低的静态偏置电流（典型值15μA）,含有高精度电压基准、振荡器、脉宽调制（PWM）控制器、驱动晶体管、误差放大器、反馈电阻分压器等。 MC33466变换器工作如同一个固定频率电压模式稳压器。变换器工作在非连续模式,在晶体管开关导通期间,电感电流跃变到峰值大于或等于dc输入电流的两倍值。在晶体管开关的关闭期间,电感电流跃变到零,直到另一个转换周期开始为止。 因为输出电压端也同样作为电源电压来为内部电路供电,所以在降压变换器和反激变换器设计中,需要一个外部启动电路为集成电距开始转换提供起始功率。 图1、图2和图3分别为用MC33466设计的升压变换器、降压变换器和反激变换器。在图3和图3中的启动电路用三个分立元件组成。 在变换器设计中必须选择下列参数： Vin--额定工作的dc输入电压 Vo--所希望的dc输出电压 Io--所希望的dc输出电流 Vripple(pp)--所希望的峰-峰输出波纹电压。为使性能最佳,波纹电压应该保持一低数值一,因为它将直接影响电源电压调整率和负载调整率。
频率电压转换电路设计讲解
淮海工学院 课程设计报告书 课程名称：模拟电子技术课程设计 题目：频率/电压转换电路的设计系（院）：电子工程学院 学期：12-13-1 专业班级：电子112 姓名：孙开峰 学号：2011120658
1、概述 本设计实验要求对比较器、F/V变换器LM331、反相器和反相加法器的主要性能和应用有所了解，要能掌握其使用方法。同时要了解它们的设计原理。 本设计实验要求我们要灵活运用所学知识，对设计电路的理论值进行计算得到理论数据，在与实验结果进行比较。 1.1 主要设计要求 当正弦波信号的频率fi在200Hz~2kHz范围内变化时,对应输出的直流电压Vi在1~5V范围内线形变化; 正弦波信号源采用函数波形发生器的输出; 采用±12V电源供电. 1.2 设计方法 设计总体框图如下，可供选择的方案有两种，它们是： ○1用通用型运算放大器构成微分器,其输出与输入的正弦信号频率成正比. ○2直接应用F/V变换器LM331,其输出与输入的脉冲信号重复频率成正比. 2、设计过程 2.1 函数信号发生器ICL8038芯片介绍 2.1.1 ICL8038作用 ICL 8038 是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路, 只需调整个别的外部元件就能产生从 0.001HZ～300kHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。输出波形的频率和占空比还可以由电流或电阻控制。另外由于该芯片具有调频信号输入端, 所以可以用来对低频信号进行频率调制。 2.1.2 ICL8038管脚介绍
图2 ICL8038 表1 引脚功能介绍
2.2 比较器的设计 过零比较器 过零比较器被用于检测一个输入值是否是零。原理是利用比较器对两个输入电压进行比较。两个输入电压一个是参考电压Vr ，一个是待测电压Vu 。一般Vr 从正相输入端接入，Vu 从反相输入端接入。根据比较输入电压的结果输出正向或反向饱和电压。当参考电压已知时就可以得出待测电压的测量结果，参考电压为零时即为过零比较器。 用比较器构造的过零比较器存在一定的测量误差。当两个输入端的电压差与开环放大倍数之积小于输出阈值时探测器都会给出零值。例如，开环放大倍数为106，输出阈值为6v 时若两输入级电压差小于6微伏探测器输出零。这也可以被认为是测量的不确定度。 2.3 F/V 变换电路的设计 2.3.1 F/V 变换器的简单介绍 LM331是美国NS 公司生产的性能价格比较高的集成芯片,可用作精密频率电压转换器、A/ D 转换器、线性频率调制解调、长时间积分器及其他相关器件。LM331 采用了新的温度补偿能隙基准电路, 在整个工作温度范围内和低到 4.0V 电源电压下都有极高的精度。LM331 的动态范围宽, 可达 100dB ; 线性度好, 最大非线性失真小于 0.01% ,工作频率低到0.1Hz 时尚有较好的线性;变换精度高,数字分辨率可达12位; 外接电路简单,只需接入几个外部元件就可方便构成 V/F 或 F/V 等变换电路,并且容易保证转换精度。 2.3.2 LM331 器件管脚图及管脚功能 VI + — A +V CC —V EE Vo 图3 过零比较器
电压频率转换电路介绍及扩展.docx
电压频率转换电路介绍及扩展
测控课程论文 学 院 物理电子工程学院 专 业 电子信息工程 年 级 2*** 级 姓 名 *** 论文题目 电压频率转换电路介绍及扩 展 指导教师 *** 成绩 学 号
201５年12月２５日 一、应用背景： 电压频率转换器VFC（Voltage Frequency Converter）是一种实现模数转换功能的器件，将模拟电压量变换为脉冲信号，该输出脉冲信号的频率与输入电压的大小成正比。电压频率转换器也称为电压控制振荡电路（VCO），简称压控振荡电路。随电压—频率转换实际上是一种模拟量和数字量之间的转换技术。当模拟信号（电压或电流）转换为数字信号时，转换器的输出是一串频率正比于模拟信号幅值的矩形波，显然数据是串行的。串行输出的模数转换在数字控制系统中很有用，它可以把模拟量误差信号变成与之成正比的脉冲信号，以驱动步进式伺服机构用来精密控制。 二、V/f 转换器详解 V/f (电压/频率)转换器能把输入信号电压转换成相应的频率信号，即它的输出信号频率与输入信号电压值成比例，故又称为电压控制(压控)振荡器(VCO)。由于频率在传送过程中稳定度很高，能够很好排除干扰，所以其广泛应用在调频，锁相和A/D变换等许多技术领域。电路主要指标有：额定工作频率和动态范围，灵敏度或变换系数，非线性误差，灵敏度误差和温度系数等。通用V/f 转换电路有积分复原式转换电路和电荷平衡式转换电路。 1、积分复原型
下图1、(a)(b)分别为积分复原电路图和波形图。电路主要组成 有：积分器、比较器和积分复原开关等 (a)转换电路 (b)波形图 图1积分复原式V/f 转换电路及波形图 电路分析： 电路包括积分器比较器和积分复原开关灯。其中由N 2、R5-R8组成的滞回比较器的正相输入端两个门限电频为 7 66Z 761R R 7-U +++=R R u R R u -U V ∞ - + + N 1 ∞ - + + N 2 R 2 -E u i R 1 R 3 C R 4 R 5 R 6 R 7 R 8 R 9 u C u P V S1 V S2 V S3 u o O U 1 U 2 u T u o T 1 T 2 t u C U 2 U 1 t t O O u P
模电课程教学设计(电压频率转换电路)
电压—频率转换电路设计课题：电压—频率转换电路 专业班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 设计时间：
题目电压—频率转换电路 一、设计任务与要求 1．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。 2．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—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： 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： 变压器：规格220V~15V 整流芯片：LM7812、LM7912 整流用的二极管：1N4007 电解电容：C1、C2：3300uf C4、C3：0.22uf C6、C5：0.47uf C7、C8：220uf 发光二极管上的R：1KΩ 2、电压—频率转换部分： ○1积分器： 图2—1 积分运算电路
51单片机的电压频率转换
基于单片机的电压频率转换电路设计、装配与调试 1．电压频率转换电路 图3-13 LM331构成单片机V/F数据采集前向通道电原理图 1．电路工作原理分析 LM331片内能隙基准电路产生1.9V直流电压送到2脚，并钳位在1.9V上。当2脚外接R S+R S’，后形成基准电流i＝1.9/(R S+R S’)。本例i＝1.9/(12k+R S’)，i max＝1.9/12k＝158μA，i min＝1.9/17K＝112μA。 片内输入比较器的两个输入端：7脚接被测输入电压V IN。6脚为阈值电压V X,并与电流输出端1脚相连。外接R L、C L电路。片内定时比较器两个输入端：一个在片内通过R、2R电阻分别与V CC、GND相连；获得固定的比较电压2/3V CC。另一个输入端5脚接Rt、Ct相连；获得随Ct充电状态变化的电压V5。V5与2/3V CC 比较，当Ct充电到V5>2/3V CC时，定时比较器使片內R-S触发器复位。在R-S 触发器复位状态下电流开关断开，输出驱动晶体管截止，使Ct开始放电。片內R-S触发器与定时比较器和复位晶体管以及外接Rt、Ct构成一个单稳脉冲定时器。定时周期T＝1.1Rt×Ct。 当输入比较器的V IN>V X时，启动单稳脉冲定时器并导通频率输出晶体管，使3脚连接的光电耦合器导通。同时片内开关电源导通电流i通过1脚向C L充电，Vx逐渐升高；当Vx上升到V IN
注入C L 的平均电流IA VE ＝i ×t ×fout 严格地等于Vx ／R L 。IA VE ＝i ×t ×fout ＝ Vx/R L 。又V IN ≈V X ，故有： i ×t ×fout ≈ Vx/R L fout ＝t i R V L IN ??＝)'/(9.11.1RS RS C R R V t t L IN +???＝t L IN C Rt R RS RS V ???+?09.2） ’（ 根据已知电路参数R S +R S ’＝15k ，R L ＝100k ，Rt ＝6.8k ，Ct ＝0.01μF fout ≈000001.001.010008.6100010009.2001015????????IN V ＝1000VIN 可得当V IN =1V 时，fout=1000HZ 。V IN =10V 时，fout=10000HZ ，线性度可达0.01`％。 输入电压V IN 经一个R C 低通滤波器消除干扰，进入输入端7脚。R C 滤波器截止频率fo 为: fo ＝112C R V IN π=000001 .04.010*******.321?????≈16HZ R S 、R L 、Rt 和Ct 直接影响转换结果，对元件精度有一定要求，可根据转换精度适当选择。R S 、R L 、Rt 和Ct 要选用低温漂的稳定元件，C L 虽对转换结果无影响，但应选择漏电流小的电容。 3. 频率测量程序设计 LM331的3脚输出脉冲频率信号经光电耦合器隔离后，送入8031。由单片机程序对被测信号频率进行计数，或测定被测信号的周期，即可有两种方法。被测量信号频率fout ＝0～10KHZ ，当单片机系统时钟为6MHZ 时，T0或T1定时 脉冲fc=6MH Z ／12=500 KH Z ，由测频公式fout ＝ c x n n *fc (x n 为被测信号计数值，c n 为定时脉冲计数值)，当c n 固定时，为频率法，当x n 固定时，为周期法。 由于定时的起始、结束边沿与被测的计数脉冲边沿不同步，将出现±1个被测的计数脉冲的误差δ，误差δ与被测量信号频率fout 有关，fout 越低，误差δ越大。要实现高精度频率测量，可采用同步计数技术来改善误差δ。用频率低的被测信号来控制定时计数的起始、结束（同步），此时产生的±1个脉冲的误差δ为±1个频率高的定时计数脉冲，降低了误差δ。同步计数时序见图3-14，fout-
频率变换电路简介
频率变换电路简介 频率变换电路也称之为频率变频器(Converter)，为高频率电路独特的电路方式。如大家所详知的超外差(Superheterodyne)方式，便为频率变换的一种方式。频率变换电路可以将HF~VHF~UHF 等的宽频带频率信号变换为任意的频率范围。 频率变换的目的频率变换电路为将输入信号变换为另外的频率的一种电路。其构成如图l 所示，假设输入信号频率为fs，局部振荡电路的振荡频率为fosc，则经过频率变换后，可以得到(fs+fosc)与(fs-fosc)的信号输出。 图1 频率变换电路的工作原理(将二种信号合成，可以得到和或差的信号) 图2 传送接收机的频率变换电路的作用(此为可以将频率变换成为此原来频率更高或更低的频率，以便可以简单处理所需的信号频率。) 图2 所示的为在传送接收机内所使用的频率变换电路。其中的(a)为在接收机所使用的频率变换电路，称为超外差方式。此为将天线所输入的高频率信号，经过频率变换电路变换成为中间频率(IF 信号)。 为何要如此处理呢？如果将同一频率的高频率信号维持原状，一直放大，则在电路中，由于杂散结合等因素，会很容易产生振荡。如果利用变频电路，将其改变成为频率较低的中间频率，则可以有效地使用滤波器，且可以改善选择度。在图(b)的传送机中，在做调变工作原理时，所使用的载波频率不要太高，便可以维持电路的稳定。另外，从滤波器的选择度观点来说，也希望所使用的调变为数MHz，也即是，载波频率较低些，然后经过率变换电路后，便可以达到所需要的频率。 会产生相互调变特性的影响在接收机或传送机，由于使用频率变换电路，可以使性能改善。但是，也有其缺点。特别是在接收机方面，会产生相互调变失
电压频率和频率电压转换电路的设计
电压频率和频率电压转换电路的设计 图1 数字测量仪表电压/频率电路是一种模/数转换电路，它应用于模/数转换，调频，遥控遥测等各种设备。（2）F/V转换电路F/V转换电路的任务是把频率变化信号转换成按比例变化的电压信号。这种电路主要包括电平比较器、单稳态触发器、低通滤波器等电路。它有通用运放F/V转换电路和集成F/V转换器两种类型。1、1设计要求设计一个将直流电压转换成给定频率的矩形波的电路,要求包括：积分器；电压比较器和一个将给定频率的矩形波转换为直流电压的电路，要求包括：过零比较器、单稳态触发器、低通滤波器等。1、2 设计指标(1）输入为直流电压0- 10V，输出为f=0-500Hz的矩形波。 （2）输入ui是0~10KHZ的峰-峰值为5V的方波，输出uo为0~10V的直流电压。2 设计内容总体框图设计2．1 V/F转换电路的设计2、1、1 工作原理及过程积分器和滞回比较器首尾相接形成正反馈闭环系统，如图2所示，比较器输出的矩形波经积分器积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成矩形波，这样便可构成三角波，矩形波发生器。由于采用集成运放组成的积分电路，因此可以实现恒流充电，能够得到比较理想的矩形波。 通过分析可知，矩形波幅值大小由稳压管的稳定电压值决定，即方波的幅值。
矩形波的振荡频率2、1、2 模块功能积分器：积分电路可以完成对输入电压的积分运算，即输入电压与输出电压的积分成正比。滞回比较器：用来输出矩形波，积分器得到的三角波可触发比较器自动翻转形成矩形波。稳压管：用来确定矩形波的幅值。 图2 总体框架图2、2 功能模块的设计2、2、1 积分电路工作原理积分电路可以完成对输入电压的积分运算，即输入电压与输出电压的积分成正比。由于同相积分电路的共模输入分量大，积分误差大，应用场合少，所以不予论述，本课程设计用到的是反相积分电路。图3 积分器反相积分电路如图3 所示，电容器C 引入交流并联电压负反馈，运放工作在线性区。由于积分运算是对瞬时值而言的，所以各电流电压均采用瞬时值符号。由电路得因为“-”端是虚地，即U-=0,并且式中是积分前时刻电容C上的电压，称为电容端电压的初始值。所以把代入上式得当时若输入电压是图所示的阶跃电压，并假定,则t>=0时，由于，所以由此看出，当E为正值时，输出为反向积分，E对电容器恆流充电，其充电电流为E/R，故输出电压随线性变化。当向负值方向增大到集成运放反向饱和电压时，集成运放进入非线性工作状态，保持不变，图3所示。 如输入是方波，则输出将是三角波，波形关系如图4所示。当时间在0～期间时，电容放电当t=1时，当时间在～期间时，电容充电，其初始值所以当 t= 时，。
电压频率转换电路
2 电压/频率转换电路 电压/频率转换即V/F 转换，是将一定的输入电压信号按线性的比例关系转换成频率信号，当输入电压变化时，输出频率也响应变化。针对煤矿的特殊要求，我们只分析如何将电压转换成200～1000Hz的频率信号。 实现V/F 转换有很多的集成芯片可以利用，其中LM331是一款性能价格比较高的芯片，由美国NS公司生产，是一种目前十分常用的电压/频率转换器，还可用作精密频率电压转换器、A/D转换器、线性频率调制解调、长时间积分器及其他相关器件。由于LM331采用了新的温度补偿能隙基准电路，在整个工作温度范围内和低到4.0V电源电压下都有极高的精度。LM331的动态范围宽，可达100dB；线性度好，最大非线性失真小于0.01% ，工作频率低到1Hz时尚有较好的线性；变换精度高，数字分辨率可达12位；外接电路简单，只需接入几个外部元件就可方便构成V/F或F/V 等变换电路，并且容易保证转换精度。LM331可采用双电源或单电源供电，可工作在4.0～40V 之间，输出可高达40V，而且可以防止Vs短路。图2是由LM331组成的典型的电压/频率变换器。 其输出频率与电路参数的关系为： Fout= Vin·Rs/(2.09·R1·Rt·Ct) 可见，在参数Rs、R1、Rt、Ct确定后，输出脉冲频率Fout与输入电压Vin成正比，从而实现了电压-频率的线性变换。改变式中Rs的值，可调节电路的转换增益，即V和F之间的线性比例关系。将1～5V 的电压转换成200～1000Hz的频率信号，电路参数理论值为R =18kΩ，Ct=0.022uF，R1=100kΩ，Rs=16.5528kΩ，由于元器件与标称值存在误差，在
电压频率转换器
课程设计说明书 课程名称：模拟电子技术课程设计 题目：电压频率转换器 学生姓名： 专业： 班级： 学号： 指导教师： 日期：年月日
电压/频率变换器 一、设计任务与要求 说明：电压/频率变换电路实质上是一种振荡频率随外加控制电压变化的振荡器。 主要技术指标与要求： （1）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 fυI。 O （2）υI变化范围：0～10V。 （3）?O变化范围：0～10kHz （4）转换精度<1% 。 二、方案设计与论证 可知电路有积分器，单稳态触发器，电子开关和恒流源电路组成，狂徒如下：Array 1、电压/频率变换器的输入信号频率 f。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，也可根据要求选用脉冲信号做为控制电压，其输出信号可为正弦波或者脉冲波形电压。 2、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。 三、单元电路设计与参数计算 1、积分器设计： 积分器采用集成运算放大器和 RC 元件构成的反向输入积分器。具体电路如下： 2、单稳态触发器设计 : 单稳态触发器采用 555 定时器构成的单稳电路。具体电路如下：
3、电子开关设计 电子开关采用开关三极管接成反向器形式，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. 4 、恒流源电路设计 恒流源电路可采用开关三极管，稳压二极管Dz 等元件构成。具体电路如下所示。R2/D1/D5给三极管提供基极偏置，R1提供射极偏置，与+/-15V电源构成恒流源电路，三极管的集电极电流为恒定电流。当V1为低电平D2,D3 截止，D4导通，所以积分电容通过三极管放电。当 V1为高电平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。 四、总原理图及元器件清单 1 总原理图