线性电压频率转换电路的设计说明书.doc

目录

TOC\o1-2\h\z\u1技术指标 1

2设计方案及其比拟 2

2.1方案一 2

2.2方案二 3

2.3方案比拟 4

3实现方案 5

3.1NE555集成电路的内部结构及功能 5

3.2运算放大器的内部结构及功能 8

3.3实现方案原理 9

4调试过程及结论 10

4.1电路的连接 10

4.2电路的调试 10

4.3结论 10

5心得体会 11

6参考文献 12

线性电压频率变换电路的设计

1技术指标

设计实现输入电压在0~2V之间实现电压与频率的线性变换；使输入信号直流电压和输出信号频率之间参数满足一定比例关系(具体比例关系调试电路时由指导教师给定)；要求实现占空比可调的输出信号。

2设计方案及其比拟

2.1方案一

如图1所示

图1V/F转换电路

这是由运算放大器组成的V/F转换电路。电路包括积分器、比拟器和积分复原开关等。其中由A2、R5~R8组成的滞回比拟器的正向输入端两个门限电平为

U1=-UR7/(R6+R7)+UzR6/(R6+R7)

U2=-UR7/(R6+R7)-UzR6/(R6+R7)

式中Uz为输出限幅电压，其大小由稳压管Vs2的稳压值所决定。

当输入信号ui=0时，A1组成的积分器输出uc为0，由比拟器特性可知，此时比拟器输出uo为负向限幅电压-Uz，开关管T截止，比拟器同相端电压up为负向门限电平U2。

当输入ui0，积分器输出电压uc负向增加，uc≥U2时，比拟器输出uo由负向限幅电压突变为正向限幅电压，驱动开关管T由截止变为导通，致使积分电容C通过R3放电，积分器输出迅速上升。同时，uo通过正反应电路使比拟器同相端电压up突变为U1，从而锁住比拟器的输出状态不随积分器输出上升而立即翻转。当积分器输出上升到uc≥U1时，比拟器输出又由正向限幅电压突变为负向限幅电压，T又处于截止状态，同时up恢复为U2，积分器重新开始积分。如此循环不止，因而积分器输出一串负向锯齿波电压，比拟器输出相应频率的矩形脉冲序列。输入电压越大，积分电容C充电电流及锯齿波电压的斜率就越大，因此每次到达负向门限电压U2的时间也越短，输出脉冲的频率就越高。可知

fo=1/T≈ui/R1C(U1-U2)

2.2方案二

图2为集成电路LM331的内部结构，其外形采用8脚DIP封装结构。

图2LM331内部结构

LM331的管脚功能说明：1为电流输入，2为参考电压，3为逻辑输出，4接地，5接RC定时器，6为阈值输入，7接比拟器输入，8接电源。

LM331的性能特点：

最大线性度：0.01%；

双电源或单电源供电；

脉冲输出与所有逻辑形式兼容；

最正确温度稳定性：最大值为±50×10-6/℃；

功耗低：5V以下典型值为15mW；

宽的动态范围：10kHz满量程频率下最小值为100Db;

满量程频率范围:1Hz~100Hz。

如图3所示，为LM331组成的V/F转换电路

图3LM331组成的V/F转换根本电路

如上图所示，输出信号的频率fo与输入电压信号ui严格成正比。

fo=uiRs/2.09R1RtCt

其中Rt，Ct是5号端所接积分电路的电阻和电容，Rs是2号端所接接地电阻，ui，R1分别是输入电压和输入电阻。改变Rs的值，可调节电路的转换增益，即改变V，F之间的线性比例关系。Rt，Ct，Rs，RL选用低温漂的稳定元件，C1=0.1uF或1uF，CL要选漏电流小的电容器。RL与CL组成低通滤波器，可减少输入电压中的干扰脉冲，有利于提高转换精度。

2.3方案比拟

第一种方案是用两个OP07运算放大器来实现的，其中OP071组成一个积分器，得到一串负的锯齿波电压，OP072组成一个滞回比拟器，得到矩形波，再通过电子开关〔即三极管的导通与截止〕来实现循环。方案一中的周期包括两项：第一项由输入电压对电容C的充电过程决定，F-V关系是线性的；第二项为一常数，它的大小由C得放电过程决定，是给F-V关系带来非线性的因素。在计算过程中，我们一般都是把第二项省略掉的，这样得到的F-V关系就有比拟大的误差。

第二种方案用到了集成芯片LM331，其外接电路比拟简单简单，只需接入几个外部元件就可方便构成V/F变换电路，并且容易保证转换精度。它的性价比很高，动态范围宽，线性度好，变换精度高，是个不错的选择。相对于方案一来说，方案二在各方面都有优势。

3实现方案

3.1NE555集成电路的内部结构及功能

NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且