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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.)
电压-频率转换电路(VF。
的功能是将输入直流电压转换成频率与其数值成正比的输出电压,故也称为电压控制振荡电路(VCO,简称压控振荡电路。
通常,它的输出是矩形波。
方案一、电荷平■衡式电路:
如图所示为电荷平■衡式电压-频率转换电路的原理框图。
电路组成:
积分器和滞回比较器,S为电子开关,受输出电压uO的控制。
设uI<
0,H;
®
原理图输S黯眼波形翁
电ft平枪氐电压-频率转换电路的原理框图及波形分析
当uO=UO时,S闭合,当uO=U。
时,S断开。
当uO=U。
时,S断开,积分器对输入电流il积分,且iI=uI/R,uO1随时间逐渐上升;
当增大到一定数值时,从UOLM变为UOH使S闭合,积分器对包流源电流I与il的差值积分,且I与il的差值近似为I,uO1随时间下降;
因
为所以uO1下降速度远大丁其上升速度;
当uO1减小到一定数值时,uO从UO成变为UOL回到初态,电路重复上述过程,产生自激振荡,波形如图(b)所示。
由丁T1>
>
T2振荡周期TqT1。
ul数值愈大,T1愈小,振荡频率f愈高,因此实现了电压-频率转换,或者说实现了压控振荡。
电荷平衡式电路:
电流源I对电容C在很短时间内放电的电荷量等丁il在较长时间内充电的电荷量。
方案二、复位式电路:
复位式电压-频率转换电路的原理框图如图所示,电路由积分器和单限比较器组成,S为模拟电路开关,可由三极管或场效应管组成。
工作原理:
设输出电压uO为高电平UOH寸S断开,uO为低电平UOL寸S闭合。
当电源接通后,由丁电容C上电压为零,即uO1=Q使uO=UOHS断开,积分器对uI积分,uO1逐渐减小;
一旦uO1过基准电压UREFuO将从UO成变为UOL导致S闭合,使C迅速放电至零,即uO1=0从而uO将从UOLK变为UOHS乂断开,重复上述过程,电路产生自激振荡,波形如图(b)所示。
uI愈大,uO1从零变化到URE所需时间愈短,振荡频率也就愈高
比较两方案可知,电荷平衡式电路的满刻度输出频率高,线性误差小,精度
电荷平■衡式电路
高,且电路简单、元器件较常见、能容易获得。
故采用方案
三、单元电路设计与参数计算
(一)土12V直流稳压电源
根据其设计流程图:
/vv\
采用桥式整流电容滤波集成稳压块正负直流电源电路,原理图如下:
W7S12
直流电源四个组成部分分析:
1、电源变压器。
其电路图如下:
由丁要产生土12V的电压,所以在选择变压器时变压后副边电压u2应大于
24V,由现有的器材可选变压后副边电压u2为15V的变压器
2、整流电路。
桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性,将四个二极管分为两组,根据
变压器副边电压的极性分别导通,将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连,负极性端与负载电阻的下端相连,使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。
3、滤波电路。
其电路图如下:
滤波电容容量较大,一般采用电解电容器。
电容滤波电路利用电容的充放电作用,使输出电压趋丁平滑。
滤波电路输出电压波形如下:
4、稳压电路。
我们知道,三端式稳压器由启动电路、基准电压电路、取样比较放大电路、调整电路和保护电路等部分组成。
调成管决定输出电压值。
由丁本课程设计要求土12V的输出电压,所以我们选用7812和7912的三端稳压管
(二)积分器
积分电路的输入电压Ui和输出电压Uo的波形。
由丁r>
tp,电容缓慢充电,其上的电压在整个脉冲持续时间内缓慢增长,当还未增长到趋丁稳定值时,脉冲已告终止(t=t1)。
以后电容经电阻缓慢放电,电容上电压也缓慢衰减。
在输出端输出一个锯齿波电压。
时间常数T越大,充放电越是缓慢,所得锯齿波电压的线性也就越好。
从波形上看,u2是对u1积分的结果。
因此这种电路称为积分电路。
在脉冲电路中,可应用积分电路把矩形脉冲变换为锯齿波电压,作扫描等用。
积分电路如图所示:
其中Rf是为了防止集成运放饱和。
运算关系:
uo=-1/RC/uidt
设置R=10kQ,C=1pF
当输入为阶跃信号时,输出电压波形如图所示:
(三)滞回比较器
1)电路结构:
它是从输出引一个电阻分压支路到同相输入端。
由电路有输出电压Uo虹Uz。
2)工作原理及传输特性
当输入电压U从零逐渐增大,且g+UT时,U0=+Uz,+UT称为上限阀值电平。
UT*
当输入电压Ui=+Ur,Uo=-Uz。
--Ut称为下限阀值电平*。
当Ui逐渐减小,且Ui=--Ut以前,Uo始终等丁-Uz,因此出现了如图所示的滞
回特性曲线:
回差电压U:
四、总原理图及元器件清单
总原理图如下:
(1)电压一频率转换电路
(2)桥式整流电容滤波集成稳压块土12V直流电源
In如07
KI
DI
左~T\33OOuF
一D2
*Uq2
WIjj4U07
元器件活单如下:
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
R1、R2、R4
R7
10K
4
0.1元
U1、U2
UA741
2
0.8元
C2、C6C7
1UF
3
0.5元
R5R3R8
1K
R6
2K
1
D1
1N4007
7
D4D5
6.2V
Tr
15V
9元
T1
LM7812
1.2元
T2
LM7912
D2、D3
0.3元
C1、C3
3300uF
0.2元
C4C5
0.1uF
C&
C9
220uF
五、安装与调试
(一)安装
依据已设计出的电路图,合理地在电路板上布局,拉线。
在安装的过程中注意以
下几点:
1、大电解电容的正负极不能接反;
2、uA741的各管脚不能接错;
3、三端稳压管三个端的作用一定要分活;
4、二极管的正负极要辨活;
5、焊时拉线要直,焊点应均匀。
(二)调试
I、直流源动态调试
将变压器插头插至220V交流电后,开始测变压器的副边电压U2及滤波输出电压U1、U2还有稳压管输入电压Ui1和Ui2,最后测试Uo1和Uo2=这几个步骤应按顺序进行,若其中某一个步骤出现问题,应及时停下进程,切断电源,查找和想法排解故障。
U、电压一频率转换电路动态调试
1、先用仿真软件将原理图仿真,观察其是否符合理论结果。
仿真结果如下:
可知原理图符合实验要求,达到预期结果。
2、实验箱调试
首先连接好电路,用示波器观察输出波形,若波形正确则说明电路正确。
然后改变不同的输入电压值、用函数信号发生器测其输出电压频率,若电压频率与
理论值基本符合则说明电路符合要求。
若不符合则应逐级检查、逐级调整,直至
符合要求。
经过调试,我们获得了成功,进一步肯定我们方案的正确性。
六、性能测试与分析
(一)直流源性能测试与分析
I、直流源性能测试
在调试成功后,我们开始测试直流源各组成部分的输入及输出电压。
具体过程如
下:
a、用万用表交流档测试副边电压U2,结果:
U2+=14.8V,U2-=-14.8V;
b、用万用表直流档测试滤波输出电压,结果:
Uo+=17.8V,Uo-=-17.9V;
c、用万用表直流档测试稳压管输入电压,结果:
d、用万用表直流档测试稳压管输出电压,结果:
Uo+=11.9V,Uo-=-12.0V;
n>直流源数据处理及误差分析:
数据处理:
理论值:
变压器的副边电压:
U2+=+15VU2-=-15V;
滤波输出电压:
Uo+=+18VUo-=-18V;
稳压输入电压:
稳压后输出电压:
Uo+=+12VUo-=-12Vo
变压器副边:
t]1=|14.8-15|/15X100%=1.33%
滤波输出(稳压输入):
T]2=|17.8-18|/18X100%=1.11%
T]3=|-17.9+18|/18X100%=0.56%
稳压电压:
t]4=|11.9-12|/12X100%=0.83%
t]5=|-12.0+12|/12X100%=0
(二)电压一频率转换电路性能测试与分析
I、电压一频率转换电路性能测试
a、在输入端加入直流信号12v,,用示波器观察输出波形
b、用函数信号发生器将输入的直流电压(10组正电压)转换成与之对应的频率
信号
n、电压一频率转换电路数据处理及误差分析:
由公式:
f=R2*|Ui|/(2R1*RW*C*UZ)可计算出电压频率
\测
数\
\
U的输入值
f的测量值
f的真实值
f的
误差
相对
781
806
25
3.10%
.42%
2.5
1991
2016
1.24%
2388
2419
31
1.28%
5
.3.5
2738
2823
85
3.01%
6
3141
3226
2.63%
4.5
3538
3629
91
2.51%
8
3985
4032
47
1.17%
9
4685
4839
154
3.18%
93
3.42%
(三)误差原因分析
1)集成块不是理想的集成块;
2)电子元器件存在缺陷,不是标准数值,比如电阻电容不够理想等;
3)电路之间的连线不是理想的,有电阻,使实验存在误差;
4)直流电源输出不是标准的正负12V。
5)焊接的电路板有焊点的接触性不好。
6)读取数据时由丁人的感官误差和视觉误差。
7)参数设计的不是很标准。
8)信号源带负载能力差。
9)外界环境的影响导致误差。
七、结论与心得
(1)实验结论直流电源:
(1)桥式整流电路由四只二极管组成,保证了在变压器副边电压的整个周期内,负载上的电压和电流方向始终不变。
(2)电容滤波电路是利用电容的充放电作用,使输出的电压趋与平滑。
(3)在稳压管稳压电路中,只能使稳压管工作在稳压区,输出电压才能得到基本稳定。
电荷平衡式电压-频率转换电路:
(1)电荷平衡式电压-频率转换电路是由积分器和滞回比较器组成的电路。
(2)通过该电路能够实现电压-频率的转换。
(3)在输出波形不失真的范围内,f与Ui是成正比的关系,f随Ui的增大而增大。
(2)心得
通过此次模电电荷平衡式电压-频率转换电路课程设计,加强了我对模拟电子技术这门课程的理解,对其应用有了一定的认识,提高了我们综合运用知识的能以及分析问题、解决问题的能力。
此次模拟电子技术课程设计,让我懂得了实践的重要性。
即使课本知识掌握的很好,如果不会综合运用,也是一些支离破碎的无用的知识,而如果能够运用而实际动手能力很差,理论与实践结合不起来,学得再好也没用。
这次课程设计恰好是将课本知识与的巩固与综合运用结合来,再加上实际动手能力的培养三者结合起来的。
一方面,它加深与巩固了所学的各
章节的理论,并将其综合运用,提高了我们综合运用知识的能力;
另一方面,培养了我们对专业知识学习的趣。
课程设计中出现了很多问题。
比如说设计原理图时,必须懂得电荷平衡式电压-频率转换电路的工作原理。
电路设计过程及参数确定比较烦琐,我在算时会遇到很多问题,有时实在算不出来了就想放弃,但很快自己会意识到那是一种错误的想法,所以自己会给自己鼓劲继续往下进行,当算到最后时便会有很大的成就感,这强烈的激起了我学习的兴趣,我想这次课程设计对我以后的专业课程学习将有很大帮助。
一开始我们用的稳压管稳压值偏大,导致了实验结果波形不稳定,最后经过我们的仔细研究与讨论把问题解决了,成功的完成了这次实验设计。
这里,我首先要感谢我的指导老师一曾祥华老师,他细心地帮我解决了一系列问题,帮助我成功地完成了这次实验设计。
其次,我还要感谢王奇和吴浩月同学,帮助我更好地完成设计了实验。
八、参考文献
1、〈〈电工电子实践指导》(第三版),王港元主编,江西科学技术出版社(2009)
2、〈〈电子线路设计、实验、测试》(第四版),罗杰,谢自美主编,电子工业出版社(2009)
3、〈〈电子技术课程设计指导》,彭介华主编,高等教育出版社(2000)
4、〈〈电子技术基础实验研究与设计》,陈兆仁主编,电子工业出版社(2000)
5、〈〈毕满清主编,电子技术实验与课程设计》,机械工业出版社。
6、〈〈用万用表检测电子元器件》,杜龙林编,辽宁科学技术出版社(2001)
7、〈〈新型集成电路的应用》,梁宗善,华中理工大学出版社(2001)
8、〈〈新颖实用电子设计与制作》,杨振江等编,西安电子科大出版社(2000)。
专业:
电子信息工程班级:
09电信本学号:
姓名:
课题名称
设计任务
要
求
评分标准:
设
①有合理的方案设计和论证、电路参数的计算、总原理图和清单。
(0-20分)
计
报
②电路板制作、调试规范,有详细制作和调试过程。
(0-10分)
告
成
绩
③电路板测试合理,对性能指标测试数据完整,
差计算和误差分析。
(0-15分)
正确;
进行数据处理规范,进行了误
④对课程设计进行了总结,有体会,并能提出设计的改进、建设性意见。
(0-5分)
设计报,
音成绩:
电
子
作
①电路正确,能完成设计要求提出的基本功能。
(0-30分)
品
②电路板焊接工艺规范,焊点均匀,布局合理。
(0-20分)
(其中直流电源部分占20%,功能部分80%)
电子作品成绩:
课
程设计成
总成绩:
2011年1月15日
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- 电压 频率 转换 电路