1、南京航空航天大学 模拟电子技术课程设计报告南京航空航天大学模拟电子技术课程设计报告（频率-电压变换器）学生姓名： 田 恬 学号： 031520302 班级： 0315203 南京航空航天大学 模拟电子技术课程设计报告电工电子实验中心2017 年 6 月南京航空航天大学 模拟电子技术课程设计报告1目录第一章：设计指标第二章：系统概述第三章：单元电路设计与分析第四章：电路调试过程第五章：结束语附件 1：器件表附件 2：参考文献附件 3：总图南京航空航天大学 模拟电子技术课程设计报告1第 1 章 设计指标试设计一个频率-电压变换器，要求：（1）当正弦波信号的频率 fi在 200Hz-2kHz 范围内
2、变化时，对应输出的直流电压 Vo 在 2-10V 范围内线性变化，误差在 5左右。（2）正弦波信号源采用函数波形发生器。（3）采用12V 电源供电。第 2 章 系统概述1、设计思想函数波形发生器输出的正弦波经比较器变换成方波。方波经频率变换成直流电压。直流正电压经反相器变成负电压，再与参考电压 VR 通过反相加法器得到符合技术要求的 Vo。二、各功能的组成（1）本次使用 741 运放设计三角波发生器作为设计函数波形发生器。调节范围为 200Hz-2000Hz,在调试过程中，挑选中间的几个值进行测试。（2）电压比较器采用 LM311。（3）F/V 变换采用集成块 LM331 构成的典型电路。通过
3、参考书和报告上的指导书确定相关参数，测定输出的电压范围在 0.2-2V。（4）反相器采用比例为-1，通过集成芯片 OP07 实现。 （5）反相加法器同样用芯片 OP07 实现，通过调节 VR 的大小。使输出的电压在2-10V。南京航空航天大学 模拟电子技术课程设计报告2三、总体工作过程 第 3 章 单元电路设计与分析一、三角波发生器电路如图所示，它由运放 A1、A2，电阻 R1、R2 组成的同相迟滞比较器，运放 A2 以及 R、C 构成的反相有源积分电路组成。其输出信号周期为 124RCT南京航空航天大学 模拟电子技术课程设计报告32、电压比较器LM311 是一种电压比较器，它能将一个模拟电压
4、信号和一个参考固定电压相比较，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。3、频率电压变换器直接应用 F/V 变换器 LM331,其输出与输入的脉冲信号重复频率成正比.（1）LM331 内部原理图南京航空航天大学 模拟电子技术课程设计报告4-输 入比 较 器定 时比 较 器+567 1sQTCtRtVC2/3VC9/10VC s置 “1”端置 “0”端RRLCL -V0fi图 5-1+VCQ+此时, 脚是输出端(恒流源输出), 脚为输入端(输入脉冲链), 脚接比较 1 6 7电平. （2）工作波形图及工作过程当输入负脉冲到达时,由于 脚 6电平低于 脚电平,所以 S=1(
5、高电平)， 7=0（低电平） 。此时放电管 T 截止，Q于是 Ct 由 Vcc 经 Rt 充电，其上电压Vct 按指数规律增大。与此同时，电流开关 S 使恒流源 I 与 脚接通，使 1CL 充电，VCL 按线性增大（因为是恒流源对 CL 充电） 。经过 1.1RtCt 的时间，Vct 增大到 2/3Vcc 时，则 R 有效（R=1，S=0） ，=1，此时，Ct、CL 放电。Q以后就重复上面的过程，于是在RL 上就得到一个直流电压 Vo（这与电源的整流滤波原理类似） ，并且 Vo与输入脉冲的重复频率 fi成正比。CL 的平均充电电流为南京航空航天大学 模拟电子技术课程设计报告5i（1.1RtCt
6、）f iCL 的平均放电电流为 Vo/RL当 CL 充放电平均电流平衡时，得Vo=I（1.1RtCt）f iRL式中 I 是恒流电流，I=1.90V/Rs式中 1.90V 是 LM331 内部的基准电压（即 2 脚上的电压） 。于是得 itSLofCRV09.2可见，当 Rs、Rt、Ct、RL 一定时，Vo 正比于 fi，显然，要使 Vo 与 fi之间的关系保持精确、稳定，则上述元件应选用高精度、高稳定性的。对于一定的 fi，要使 Vo 为一定植，可调节 Rs 的大小。恒流源电流 I 允许在 10500A 范围内调节，故 Rs 可在 190k3.8 k 范围内调节。一般 Rs在 10k 左右取
7、用。(3)LM331 用作 FVC 的电路如图10K 10KRX Rt6.8K0.110K1012K2KRSfi470p 12 345678LM31 lo图 5-13 +VCmAVRCx2.0在此，Vcc=12V所以 Rx=50k，取 Rx=51 k南京航空航天大学 模拟电子技术课程设计报告6itSLofCR09.2V取 Rs=14.2 k则 Vo=f i103V表 1 Vo 和 fi的关系fi(Hz) 200 650 1100 1550 2000Vo(V) 0.2 0.65 1.1 1.55 2.04、反相器与反相加法器（1）反相器反相器的电路如图所示。因为都是直接耦合，为减小失调电压对输出
8、电压的影响，所以运算放大器采用低失调运放 OP07。由于 LM331 的负载电阻RL=100k，所以反相器的输入电阻应为 100 k，因而取RL=100。反相器的 Au=-1，所以 R4=RL=100 k，平衡电阻R5=RL/R4=50 k 取 R5=51 k。（2）反相加法器反相加法器电路如图所示。23 451k 6710kR4RL10kVC +VC-VE Vo1Vi1 R5图 5-16OP07+-南京航空航天大学 模拟电子技术课程设计报告7RooVV9103610已知 Vo3= -Vo2= -fi10-3VR9103i610ofRV技术要求fi=200Hz 时，Vo=2Vfi=2000Hz
9、 时，Vo=10V即 （2）Vfio)25910(对照式和式，可见应有 VR910若取 R10=40k，R9=20 k，则 VR= - V5251036iiffRR6=9k，用两个 18 k 电阻并联获得。平衡电阻 R11R11/R6/R9=5.4k。参考电压 VR 可用电阻网络从-12V 电源电压分压获取，如图所示。95)R/(RV872W9若取 R8=1k，则 R8/R9=0.952 k-12VRW210k15kR7 VRR920kR81k图 5-1823 4 67R10R6Vo3 +VC-VEVoVRR1图 5-17OP07R9南京航空航天大学 模拟电子技术课程设计报告8Rw2+R7=1
10、9.6 k取 R7= 18 kRw2 用 10 k 电位器。第 4 章 电路调试过程一、测量与调整（1）观察电路图中 Vil、V o1、V i2以及 LM331 第五脚的波形。可在 200Hz2kHz内的任一频率上观察。（2）Vi1 应为直流电平0，幅度0.22VCC 的正弦波。Vo1 应为单极性的正方波，幅度VCC。Vi2 应为直流电平VCC 的正负脉冲。Vo2 应为正直流电压，Vo3 应为负直流电压，Vo 应为正直流电压。将函数波形发生器的输出信号频率 fi 调到 200Hz。此时Vo2=0.2V。否则调整 Rw1。Vo3= -0.2V。否则调整 R4。VR 应= -5/9V。否则调整 R
11、w2。Vo 应=1V。否则分别检查 VR、Vo3 产生的输入。VR 产生的输出应为-VR。否则调整 R9。Vo3 产生的输出应为-4/9V，否则调整 R6。固定电阻的调整可用一个接近要求值的电阻和一个小阻值的电阻串联来实现。南京航空航天大学 模拟电子技术课程设计报告9根据表 1 中的频率点，测出对应的 Vo，应基本符合表中的值。表 Vo 和 fi的 关系fi(Hz) 200 650 1100 1550 2000理论 Vo2(V) 0.2 0.65 1.11 1.55 2Vo2(V)/误差 0.203/1.5% 0.657/1.0% 1.102/0.2% 1.547/-0.2% 1.984/-0
12、.8%Vo3(V) -0.204 -0.657 -1.117 -1.562 -2.007VR(V) -0.537 -0.537 -0.537 -0.537 -0.537理论 Vo(V) 2 4 6 8 10实际 Vo(V) 1.968 3.965 5.992 7.938 9.901误差 -1.0% -0.9% -0.1% -0.8% -1.0%南京航空航天大学 模拟电子技术课程设计报告12、问题及解决措施（1）电压比较器输出的方波波形走形。原因：可能存在元件接触不良，部分电容短路的情况。解决：替换了三角波发生器中的部分电容及老化导线，重新接入元件。结果：波形输出正常，没有再出现边缘曲化情况。（
13、2）Vo2 的测量电压始终无法全部达到误差要求，找不出固定的 Rs 值。原因：调节输出频率的方法错误。通过调节滑动电阻器具体阻值进行调节，读阻值的方法错误，实际输出的频率并不是所要求的频率。解决：将示波器接到比较器的输出端，调节滑动电阻，通过观察示波器上频率变化确定所需频率。结果：获得了正确的频率，误差成功稳定在要求范围内。第 5 章 总结语通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关低频电子线路方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领
14、悟，不断获取。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事。课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用仪器、仪表；了解了电路的连线方法；以及如何提高电路的性能等等。完成课程设计的过程即是从理论到实践，在实验室里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设
15、计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正掌握知识和技能。南京航空航天大学 模拟电子技术课程设计报告2实验过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。南京航空航天大学 模拟电子技术课程设计报告1器件表1、仪器双踪示波器 1 台直流稳压电源 1 台万用表 1 只2、元器件A741 3 只LM311 1 只LM331 1 只OP07 2 只滑动变阻器 3 只电阻、电容、导线 若干参考文献电子线路设计与应用（第二版） 高等教育出版社
