电压频率转换电路设计.docVIP

1．绪论 电压/频率转换电路主要是针对于模拟信号在远距离传输时容易失真的缺点而设计的，它的作用主要是将模拟输入信号转换为频率与其电压幅值对应的输出信号，从而提高远程传输的精确度。根据原理它主要是由积分器，电压比较器等构成。而本次设计的过程是通过查阅相关的资料，根据原理合理选择器件设计出满足设计要求的电路，画出电路图，然后通过仿真软件进行模拟，从而电路输入直流电压为0-10V时可以得到f=0-500HZ的矩形波。 1.1 设计内容 根据所学的原理，通过合理选择各所需的元件，设计一个将直流电压0-10V转换成给定频率f=0-500HZ的矩形波，即用输出矩形波频率来表示输入直流电压的大小，并且将设计后的电路图通过仿真软件进行模拟 1.2 设计要求 输入0-10V直流电压 输出f=0-500HZ矩形波 1.3 设计方案的选择 设计的总体思路是采用积分器作为输入电路，然后其输出连接电压比较器，最后输出。其原理是利用输出电压的变化改变电容的充电速度，从而可以进一步改变振荡电路的振荡频率，由于积分器则具有此特性，因此可以利用积分器作为其输入电路。当积分器的输出信号去控制电压比较器时可得到矩形脉冲输出，由输出电压信号通过反馈控制积分电容恒流放电，当电容放电到某一值时，电容再次充电。从而实现了输出脉冲信号的频率决定于电容的冲放电速度，这就实现了电压到频率的转换这种设计的方式通过简单的方式实现了电压向频率的转化，同时由于有反馈元件的作用使得电路具有一定得稳定性，使得电路可以用于实际的应用之中。如下图所示为电压/频率变换电路的原理框图 复位式电压/频率变换电路的原理框图 2． 单元电路设计 2.1 积分电路 由数学运算中我们所学的公式y=K∫Xdt可以推出只要在电路中实现了电路模式为u=K∫Uidt，则实际上已经实现了电路中所需要的积分的功能，实际生活中经常使用的积分电路如下图所示。下面给出对于积分电路实现的推导过程 可见，此电路可以实现积分运算，而其中的对应于数学公式里的k=-1/(R1C) 积分电路电路图 2.2 电压比较器 它只是一个门限电压，如下图(a)所示： 当UREF=0时： 由图(b)可见:当UIUT时,输出U0为高电平 当UIUT时,输出U0为低电平 单限比较器是开环工作的，当输入信号是慢变化的电位时，输出也是慢变化的。解决的办法是在运放电路中引入正反馈，加速输出电压的跃变，并使传输特性具有迟滞作用。 (a)单端输入单限比较器 (b)电压传输特性 2.3 迟滞比较器 它具有迟滞回线形状，故具有两个门限电位，称为上门限电位VH和下门限电位VL，两者差为门限宽度或迟滞宽度△V，即 △V=VH-VL 2-3-2 当输入电压从低值达到超过上门限电位VH时，比较器输出可能从低的Vomin到高的Vomax;,也可能从高的Vomax到低的Vomin。前者叫做上行（迟滞）特性；后者叫做下行（迟滞）特性，其比较器分别称为上行（迟滞）比较器与下行（迟滞）比较器，如图2-3-2所示在图中，输出电压Vo经RF反馈到比较器同相端， 一旦输出电位从高电位Vomax跳向低电位Vomin,正反馈迫使同相端电位也随之下跳，从而加速了输出电位的跳变过程，反之亦然，因为引入正反馈，使迟滞比较器产生两个门限电位。 图3-6-2（a）中，输出电压为Vomax时，同相端电压为 = 3-6-3 使 Vmax转换到Vomin，必须Vi≥V+’才行，所以上门限电位为 VH = = 3-6-4 同理，下门限为 VL= = 3-6-5 所以门限宽为 △V= 3-6-6 而图3-6-2（b）电路的三个参数为 VL= 3-6-7 VH= 3-6-8 △V= 3-6-9 (a)下行迟滞比较器 (b)下行迟滞比较器传输特性 3. 总电路图及其工作原理 3. 1 复位式电压/频率转换电路 如下图所示为复位式电压/频率转换电路,根据其原理图可以得知,该电路图由A1:积分电路,A2:电压比较器,T:PNP型晶体三极管作为电子开关以及直流电源VCC等构成的, 同时,在实际的设计中电子开关还可以使用MOS管来实现