1、1课程设计报告（一）选定设计方案，画出电路图。本组本次设计共有两个供选方案。（1） 用通用型运算放大器构成微分器，其输出与输入的正弦波与频率成正比。（2） 直接应用频率电压转换变换专用集成块 LM331 其输出与输入的脉冲信号重复成正比。因为方案二的性价比更高，所以选择第二种方案。（3） 系统构成的主要流程图。正弦波 方波 直流 Vo3 1v5vfi=200Hz Vo1 Vo2 -0.2v 2000Hz 0.2v2v -2v（二）拟出设计，调试步骤，画出电路。分析并计算主要参数值。1、设计 （1）本次设计函数发生器采用实验台的函数波形发生器。确定可调范围设在200Hz-2000Hz,在调试过程
2、中，挑选中间的几个值进行测试。（2）F/V 变换采用集成块 LM331 构成的典型电路。通过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 0.4-4V。（3）反相器采用比例为-1，通过集成芯片 OP07 实现。(4）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 1-5V。F/V转换比较器函数波形发生器反相器反相加法器22、调试步骤 （1）当正弦波输入比较器之后输出的应该是方波。其幅值和形状在误差范围内。（2）当方波输入 F/V 变换采用集成块后输出的为直流电压，根据公式，看频率与电压成正比。（3）当直流进入反相器后，输入与输出的比值为-1。 （4）当
3、负电压进入反相加法器后输出的电压值在 1-5V。（5）整体调试后，当频率改变，最后的电压值相应的改变。3、画出整机原理图3整机原理图44、分析并计算主要元件参数值(1) F/V 转换部分：（ ） LM331 的内部原理图-输 入比 较 器定 时比 较 器+567 1sQTCtRtVC 2/3VC9/10VC s置 “1”端置 “0”端RRLCL -V0fi图 5-1+VCQ+脚是输出端(恒流源输出), 脚为输入端(输入脉冲链), 脚接比较电平.5工作过程及工作波形如图所示：2/3VC0vctt1.RtCtt0V0vCL0t3.5vp-VC0 1/fi t1st0图 5-126当输入负脉冲到达时
4、,由于脚电平低于脚电平,所以 S=1(高电平)，=0（低电平） 。此时放电管 T 截止，于是 Ct 由 VCC 经 Rt 充电，其上电压 VCtQ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 CL 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，V Ct 增大到 2/3VCC 时，则 R 有效（R=1，S=0 ） ， Q=0，C t、C L 再次充电。然后，又经过 1.1RtCt 的时间返回到 Ct、C L 放电。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
5、重复频率 fi 成正比。CL 的平均充电电流为 i（1.1R tCt）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（1.1R tCt）f iRL式中 I 是恒流电流，I=1.90V/R S式中 1.90V 是 LM331 内部的基准电压（即 2 脚上的电压） 。于是得： itSLofCR09.2V可见，当 RS、R t、C t、R L 一定时，V o 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 10A500 A
6、 范围内调节，故 RS 可在 190k3.8 k 范围内调节。一般 RS 在10k 左右取用。7（）LM331 用作 FVC 的典型电路LM331 用作 FVC 的电路如图 5-1-3 所示：10K 10KRXRt6.8K0.110K1012K2KRSfi 470p 1234567 8LM31lo图 5-13+VCmA2.0VRCx在此，V CC=12V所以 Rx=50k 取 Rx=51 kitSLofC09.2取 RS=14.2 k则 Vo=fi10 3V由此得 Vo 与 fi 在几个特殊 频率上的对应关系如下表所示。8表 5-1-1 Vo 和 fi 的关系Fi(Hz) 200 600 10
7、00 1500 2000Vo(V) 0.2 0.6 1.0 1.5 2.0图中 fi 是经过微分电路 470pF 和 10 k 加到 脚上的。 脚上要求的触发电压是6 6脉冲方波。（2）反相器反相器的电路如图 5-1-6 所示。23451k 6710kR4RL10kVC+VC-VEVo1Vi1 R5图 5-1-6OP07+-因为都是直接耦合，为减小失调电压对输出电压的影响，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（见图 5-1-3） ，所以反相器的输入电阻应为100 k，因而取 RL=100 k。反相器的 Au=-1，所以R4=RL=100 k9平衡
8、电阻 R5=RL/R4=50 k 取 R5=51 k。（3）反相加法器用反相加法器是因为它便于调整-可以独立调节两个信号源的输出电压而不会相互影响。电路如图 5-1-7 所示：23 4 67R10R6Vo3+VC-VEVoVRR1图 5-17OP07R9（1）R9103o610oV已知 Vo3= -Vo2= -fi10-3V R9103i610of技术要求fi=200Hz 时， Vo=1Vfi=2000Hz 时， Vo=5V即 Vo=（59+fi/450）V （2）对照式和式，可见应有 (R10/R9)Vr=5/9若取 R10=R9=20 k，则 Vr= -5/9V10450f1fRi3i60
9、R 6=9k，用两个 18 k 电阻并联获得。平衡电阻 R11R 11/R6/R9=4.7 k。为 了 保 证 Vr 的 值 直 接 从 -12v 引 入 ,VR=(R8/R9)/Rw2+R7+(R8/R9)=5/9若取 R8=1 k, 则 R8/R9=0.952 kRw2+R7=19.6 k取 R7=15 kRw2 用 10 k 电位器。11整机原理图中的 C2、 C3、 C4、 C5 均为滤波器电容，以防止自激和输出直流电压上产生毛刺，电用电位器。容值均为 10uF/16V(三)测量与调整观察整机原理图有关点的波形。可在 200Hz2000Hz 内的任一频率上观察。Vi1 应为直流电平0，
10、幅度0.22V cc 的正弦波。Vo1 应为单极性的正方波，幅度V cc。Vi2 应为直流电平V cc 的正负脉冲。Vo2 应为正直流电压，V o3 应为负直流电压吗，V o 应为正直流电压。测量整机原理图中有关节点的直流电压首先要保证频率计，电压表完好，即保证测得的频率、电压数值正确，将函数波形发生器的输入信号频率 fi 调到 200Hz。此时Vo2=0.2V。否则调整 Rw5。Vo3=-0.2V。否则调整 R15VR=-5/9V。否则调整 Rw6Vo 应=1V。否则分别检查 VR、V o3 产生的输入。VR 产生的输出应为 VR。否则调整 R20。Vo3 产生的输出应为-4/9V，否则调整
11、 R18、R 19。固定电阻的调整可用一个接近要求值的电阻和一个小电阻的电阻串联来实现。根据 5-1-2 中的频率点，测出对应的 Vo2、V o3、V R、V o，应基本符合下表的值。表 5-1-2 有关点直流电压与 fi 的关系fi(Hz) 200 650 1100 1550 2000Vo2(V) 0.2 0.65 1.1 1.55 2.0Vo3(V) -0.2 -0.65 -1.1 -1.55 -2.0VR(V) -5/9 -5/9 -5/9 -5/9 -5/9Vo(V) 1.0 2.0 3.0 4.0 5.012(四)设计总结与思考1、本次设计由于比较器处于承接位置，只有比较器输出合适的
12、方波才能为频率电压转换器提供合适的脉冲电压，当由函数发生器的电压设为 NV 时，脉冲电压必须按 NV 的电压范围确定 LM331 的选值电压范围；采用滞回比较器用稳压管控制输出电压；调出合适的方波为一个难点，本次设计采用近似的 2.4V 作为峰值的 Ut。2、由于本次设计为了防止整个电路产生自激和输出电流上产生毛刺，采用了滤波电容，但是设计还存在很大的误差范围。所以在 Vr 相对调试过程中设置了滑动变阻器。3、如果 LM331 输出偏大可调节 Rs 的大小，恒流源电流工作允许在10uA500uA 范围内存在。所以有公式 Vo=207(Rl/Rs)RtCtf;Rs 可在 190K3.8K 范围调节。（五）附录 本设计所用的集成芯片：ICL8038、uA741、LM311、 LM331、OP07、精密函数信号发生器 ICL80381315161718、集成运放 uA741192021222324、电压比较器 LM3112526、频率电压变换器 LM331内部原理图：2728、集成运算放大器 OP0744
