logo资料库

频率电压转换器和电压频率转换器课程设计.doc

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.21M 资料格式：doc 举报 版权申诉
第1页 / 共11页
第2页 / 共11页
第3页 / 共11页
第4页 / 共11页
第5页 / 共11页
第6页 / 共11页
第7页 / 共11页
第8页 / 共11页
资料共11页，剩余部分请下载后查看
    3.1 比较器电路的设计
    3.2.1 LM331原理概述
    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
    3.2.2 LM331组成频率-电压转换电路工作原理
    由LM331构成的频率－电压转换电路如图6所示，输入脉冲fi经R、C组成的微分电路加到输入比较器的反
    3.3 反相器电路的设计
    3.4 反相加法运算电路的设计
    1 绪论 1.1 模拟电子技术课程设计概述 模拟电子技术课程设计是电子技术课程的实践环节，是学完《模拟电子技术》 课程之后，让学生综合运用模拟电子技术知识，进行实际模拟电子系统的设计、 安装和调测，利用 EWB 进行电路设计，以加深对模拟电子电路基本知识的理解， 提高综合应用知识的能力、分析解决问题的能力和电子技术实践技能，初步培养 研制实用电子系统的能力，让学生了解模拟电子技术在工业生产领域的应用现状 和发展趋势。课程设计的课题通常包含模拟电子技术课程的重要单元电路，课题 内容具有先进性、综合性、实践性，适合实践教学和启发创新，能够反映模拟电 子技术的新水平，并且有一定的实用价值；成果宜具有相对完整功能。 本课程的主要任务有： （1）学习实用模拟电子系统的一般设计方法，具备初步的独立设计能力； （2）学会查阅技术资料和手册，合理选用方案、电路和器件； （3）初步掌握简单模拟电子系统的安装布线、调测、排除故障等基本技能； （4）提高综合运用所学的理论知识独立分析和解决问题的能力； （5）进一步掌握常用电子仪器的使用方法； （6）撰写规范的设计总结报告，培养严谨的作风和科学的态度。 1.2 EWB 软件简介 《模拟电子技术基础》课程教学是由理论课教学、课程实验和课程设计等 教学环节构成。随着电子技术和计算机技术的迅猛发展，传统的教学模式已经满 足不了现代化教学的需要。电子工作平台 Electronics Workbench (EWB)(现称为 MultiSim) 软件是加拿大 Interactive Image Technologies 公司于八十年代末、九十 年代初推出的电子电路仿真的虚拟电子工作台软件，EWB 包含有电路仿真设计的 模块 Multisim、PCB 设计软件 Ultiboard、布线引擎 Ultiroute 及通信电路分析 与设计模块 Commsim 4 个部分，能完成从电路的仿真设计到电路版图生成的全
    过程。Multisim 2001 用软件的方法虚拟电子与电工元器件，虚拟电子与电工 仪器和仪表，实现了“软件即元器件”和“软件即仪器”。Multisim 是一个原 理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。利用 Multisim 可以实现计算机 仿真设计与虚拟实验，与传统的电子电路设计与实验方法相比，具有如下特点： 设计与实验可以同步进行，可以边设计边实验，修改调试方便；设计和实验用的 元器件及测试仪器仪表齐全，可以完成各种类型的电路设计与实验；可方便地对 电路参数进行测试和分析；可直接打印输出实验数据、测试参数、曲线和电路原 理图；实验中不消耗实际的元器件，实验所需元器件的种类和数量不受限制，实 验成本低，实验速度快，效率高；设计和实验成功的电路可以直接在产品中使用。 2 总体电路方案设计与选择 2.1 频率-电压转换电路总体设计要求 本电路主要由信号发生器、比较器、F/V 转换器、反相器、反相加法器五个 部分组成，要求将 200-2000Hz 频率的正弦波通过比较器转换为方波，再通过 F/V 转换器将交流输入转换为 0.2-2V 的直流输出，经过反相器、反相加法器得到 1-5V 的最终输出（原理框图如图 1 所示）。 2.2 各模块方案选择 （1）比较器： 方案一：过零比较器 电路图 2 所示为加限幅电路的过零比较器，DZ 为限幅稳压管。信号从运放的 反相输入端输入，参考电压为零,从同相端输入。当 Ui＞0 时，输出 UO＝-(UZ+UD)，
    当 Ui＜0 时，Uo＝+(UZ+UD)。其电压传输特性如图所示。过零比较器结构简单， 灵敏度高，但抗干扰能力差。 方案二：迟滞比较器 图 3 为具有迟滞特性的过零比较器，从输出端引一个电阻分压正反馈支路到 同相输入端，若 Uo 改变状态，∑点也随着改变电位，使过零点离开原来位置。 当 Uo 为正（记作 U+） ，则当 Ui＞U∑后，Uo 即由正变负（记作 U-），此时 U ∑变为－U∑。故只有当 Ui 下降到－U∑以下，才能使 Uo 再度回升到 U+，于是 出现图 3 中所示的迟滞特性。－U∑与 U∑的差别称为回差。改变 R2 的数值可以 改变回差的大小。
    方案三：窗口（双限）比较器 简单的比较器仅能鉴别输入电压 Ui 比参考电压 UR 高或低的情况，窗口比较 电路是由两个简单比较器组成，如图所示，它能指示出 ui 值是否处于和之间。 如 UR- ＜ Ui＜ UR+ ， 窗口 比 较 器的 输 出电 压 Uo 等 于运 放 的 正饱 和 输出 电 压 (+Uomax)，如果 Ui＜ UR-或 Ui ＞UR+ ，则输出电压 Uo 等于运放的负饱和输出 电压(－Uomax)。 综上所述，由于本电路只需利用比较器将正弦信号转换成脉冲信号，对此 单元电路无特殊要求，因此我采用 LM311 构成迟滞比较器。 （2）F/V 转换器 方案一：采用 F/V 转换专用集成芯片 LM331 作为核心部件。 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、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 变换电路，并 且容易保证转换精度。最佳温度稳定性为±50ppm/℃，满刻度量程为 1Hz～
    100kHz。 方案二：采用 V/F 转换专用集成芯片 AD650。 AD650 是美国 ANALOG DEVICES 公司推出的高精度电压频率(V/F)转换器，它 由积分器、比较器、精密电流源、单稳多谐振荡器和输出晶体管组成。该电路在 ±15V 电源电压下，功耗电流小于 15mA，满刻度为 1MHz 时其非线性度小于 0.07％。AD650 既能用作电压频率转换器，又可用作频率电压转换器。AD650 的 满刻度频率高,可达 1MHz；具有很低的非线性度：在 10kHz 满刻度时非线性度小 于 0.002％，在 l0kHz 满刻度时非线性度小于 0.005％,在 1MHz 满刻度时非线性 度小于 0．07％。完全达到题目对精度和线性度的要求；最佳温度稳定性为 ±150ppm/℃。 方案三：采用 V/F 转换专用集成芯片 LM2907。 LM2907 芯片中包含了比较器、充电泵、高增益运算放大器，能将频率信号 转换为直流电压信号。LM2907 进行频率倍增时只需使用一个 RC 网络；以地为参 考点的转速计（频率）输入可直接从输入管脚接入；运算放大器／比较器采用浮 动三极管输出；最大 50mA 的输出电流可驱动开关管、发光二极管等；内含的转 速计使用充电泵技术，对低纹波有频率倍增功能；比较器的滞后电压为 30mV 利用这个特性可以抑制外界干扰；输出电压与输入频率成正比，线性度典型值为 ±0.3%；具有保护电路，不会受高于 Vcc 值或低于地参考点输入信号的损伤；在 零频率输入时，LM2907 的输出电压可根据外围电路自行调节；当输入频率达到 或超过某一给定值时，可将输出用于驱动继电器、指示灯等负载。 表 1 所示为几种常用频率-电压转换器的主要参数，根据题目要求，同时考 虑到时间的紧迫性、器件设计电路的难易程度和本题目要求，我选用 LM331 作为 本电路核心器件。 （3）反相器和反相加法器 电路需要反相器将频率-电压转换电路输出的 0.2-2V 电压变为-0.2-2V,反 相加法器则讲这一电压变为所求输出的 1-5V。我决定采用集成运放 LM741 构成 简单的反相放大电路和求和电路，通过电阻的值来控制输出。 2.3 系统各模块的最终方案
    （2）LM311 构成的电压比较器 （2）LM331 集成芯片构成的 F/V 转换电路 （3）LM741 构成的反相放大电路 （4）LM741 构成的求和电路 表 1 常用频率-电压转换器主要特性参数 型号 电源电压 温度系数 线性 电压 工作频率 围 满量程非 输入失调 响应时间或 温度范 AD650J AD650A ±0.5 150 AD650K ±9-±18 ±4 ±0.1 100 AD650B AD650S 150 AD651AQ ±0.2 0-70 -25-125 0-70 -25-125 -55-125 -25-85 AD651SQ ±15 ±20-±50 ±1-±4.5 2MHz -55-125 AD651BQ ±0.1 -55-85 AD651JN ±5-±18 - - LM331 40max ±0.024 ±30 ±1 ±3 500kHz 0-70 100kHz - 3 单元电路的设计 3.1 比较器电路的设计 3.1.1 比较器基本电路与工作原理 电压比较器是集成运放非线性应用电路，它将一个模拟量电压信号和一个参 考电压相比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，相应输出高电平 或低电平。比较器可以组成非正弦波形变换电路及应用于模拟与数字信号转换等 领域。 3.1.2 比较器的选用
    由于本次比较器的作用只是将输入的正弦信号转换为方波信号，所以可以选 用 LM311 构成简单迟滞比较器实现这一目标。 3.2 F/V 变换器电路的设计 3.2.1 LM331 原理概述 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。 LM331 的内部电路组成如图 5 所 示。由输入比较器、定时比较器、R－S 触发器、输出驱动管、复零晶体管、能 隙基准电路、精密电流源电路、电流开 关、输出保护管等部分组成。输出驱动 管采用集电极开路形式，因而可以通过 选择逻辑电流和外接电阻，灵活改变输 出脉冲的逻辑电平，以适配 TTL、DTL 和 CMOS 等不同的逻辑电路。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 Vcc 短路。 3.2.2 LM331 组成频率-电压转换电路工作原理
    由 LM331 构成的频率－电压转换电路如图 6 所示，输入脉冲 fi 经 R、C 组成 的微分电路加到输入比较器的反相输入端。输入比较器的同相输入端经两个电阻 R 分压而加有约 2Vcc/3 的直流电压，反相输入端经电阻加有 Vcc 的直流电压。 当输入脉冲的下降沿到来时， 经微分电路 R、C 产生一负尖脉冲叠加到反相输入 端的 Vcc 上，当负向尖脉冲大于 Vcc/3 时，输入比较器输出高电平使触发器置位， 此时电流开关打向右边，电流源 IR 对电容 CL 充电，同时因复零晶体管截止而使 电源 Vcc 通过电阻 Rt 对电容 Ct 充电。当电容 CL 两端电压达到 2Vcc/3 时，定时比 较器输出高电平使触发器复位，此时电流开关打向左边，电容 CL 通过电阻 RL 放 电，同时，复零晶体管导通，定时电容 Ct 迅速放电，完成一次充放电过程。此 后，每当输入脉冲的下降沿到来时，电路重复上述的工作过程。从前面的分析可 知，电容 CL 的充电时间由定时电路 Rt、Ct 决定，充电电流的大小由电流源 IR 决 定，输入脉冲的频率越高，电容 CL 上积累的电荷就越多输出电压(电容 CL 两端的 电压)就越高，实现了频率－电压的变换。可得到输出电压 VO 与 fi 的关系为： VO=fi×2.09×RL×Rt×Ct/Rs 电容 C 的选择不宜太小，要保证输入脉冲经微分后有足够的幅度来触发输入 比较器，但电容 C1 小些有利于提高转换电路的抗干扰能力。电阻 RL 和电容 CL 组 成低通滤波器。电容 CL 大些，输出电压 VO 的纹波会小些，电容 CL 小些，当输入 脉冲频率变化时，输出响应会快些。这些因素在实际运用时要综合考虑。 3.2.3 F/V 变换器的外接电路元件参数的确定 F/V 变换器的外接电路元件参数的确定是根据所要求的输出电压来决定的。 本次要求输出的电压信号为 0.2—2V，根据 VO=fi×2.09×RL×Rt×Ct/Rs Ct=0.01µF，RL=100 kΩ， Rt=6.8kΩ，fi=200Hz—2000Hz， 可以得出 Rs=14.212 kΩ 3.3 反相器电路的设计
    分享到：
    赞 收藏

    相关推荐

    资料库

    课程资源

    共收录17145份资料，累计13个分类，关注成员有19位，主要包括：PHP,网络管理,网页制作,Java,.Net,数据库,3G/移动开发,C/C++,游戏开发,嵌入式,讲义,软件测试,专业指导

    热门标签

    PHP 网络管理 网页制作 Java .Net 数据库 3G/移动开发 C/C++ 游戏开发 嵌入式 讲义 软件测试 专业指导

    最新资料