三.电压—率转换电路实验报告——MultiSim仿真.docVIP

电压/频率转换电路 一、设计任务与要求 ①将输入的直流电压转换成与之对应的频率信号。 二、方案设计与论证 电压-频率转换电路（VFC）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uI0，； 　　uO的高电平为UOH，uO的低电平为UOL； 　　当uO=UOH时，S闭合，当uO=UOL时，S断开。 　　当uO=UOL时，S断开，积分器对输入电流iI积分，且iI=uI/R，uO1随时间逐渐上升；当增大到一定数值时，从UOL跃变为UOH，使S闭合，积分器对恒流源电流I与iI的差值积分，且I与iI的差值近似为I，uO1随时间下降；因为，所以uO1下降速度远大于其上升速度；当uO1减小到一定数值时，uO从UOH跃变为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。 　　由于T1T2，振荡周期T≈T1。uI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于iI在较长时间内充电的电荷量。 方案二、复位式电路： 电路组成： 　　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时S断开，uO为低电平UOL时S闭合。当电源接通后，由于电容C上电压为零，即uO1=0，使uO=UOH，S断开，积分器对uI积分，uO1逐渐减小；一旦uO1过基准电压UREF，uO将从UOH跃变为UOL，导致S闭合，使C迅速放电至零，即uO1=0，从而uO将从UOL跃变为UOH，；S又断开，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UREF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，精度高，且电路简单、元器件较常见、能容易获得。故采用方案一—电荷平衡式电路。 三、单元电路设计与参数计算 （一）积分器 积分电路的输入电压Ui和输出电压Uo的波形。由于τtp，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，当还未增长到趋于稳定值时，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τ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R f 是为了防止集成运放饱和。 运算关系： u o = ? 1 /R C ∫ u i d t 设置 R = 10 k Ω ， C = 1 μF 当输入为阶跃信号时，输出电压波形如图所示： （二）滞回比较器 1）电路结构： 滞回比较器电路见图所示。 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=±Uz。 2）工作原理及传输特性 当输入电压UI从零逐渐增大，且U≤+UT时，Uo =+ Uz，+UT称为上限阀值电平。 当输入电压Ui=+UT，Uo = - Uz。--UT称为下限阀值电平。 当Ui逐渐减小，且Ui= --UT以前，Uo始终等于- Uz，因此出现了如图所示的滞回特性曲线： 回差电压： 3）特点及应用 抗干扰能力较强。一般用于波形的形成和变换。 四、总原理图 电压—频率转换电路 五.仿真结果: 六、结论与心得 (一)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与是成正比的关系，f随的增大而增大。 (二)心得 通过此电压-频率转换电路设计，加强了我对课程的理解，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。一方面，它加深与巩固了所学的各章节的理论