FV转换电路模拟电路课程设计.doc
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线性F/V转换
姓名:陈志豪
班级:电信1208班
学号:120900812
桌号:36号
目录
第一章、设计概述与要求 1
一、设计概述 1
二、设计任务及要求 1
(一)设计任务 1
(二)设计要求 1
第二章、设计方案与论证 2
一、设计原理 2
二、原理框图 2
三、单元电路方案论证 2
第三章、单元电路设计与分析 8
一、输入信号 8
二、交流信号放大电路 8
三、波形转换电路 9
四、微分电路 10
五、单稳电路 11
六、滤波电路 13
七、直流放大电路 14
第四章、电路的组够与调试 15
一、遇到的主要问题和解决方案 15
二、实验数据记录 15
第五章 总结 15
第六章 仪器、仪表、元器件介绍 16
参考文献: 17
附:电路总图 18
第一章、设计概述与要求
一、设计概述
线性F/V转换在很多场合均有应用,如涡流计量计、脉冲转速表、调频遥测技术中恢复原始信号等。它把输入的频率信号直接变换成直流电压输出信号,并且此直流电压输出与输入信号的频率成正比。
通过本次课程设计,应在了解线性F/V转换器设计原理及构成的基础上,利用集成运算放大器、单稳电路、滤波电路以及信号放大电路等构成整个小系统,设计完成一个线性F/V转换器,通过改变输入信号的频率,实现对直流输出电压的线性变换。
二、设计任务及要求
(一)设计任务
选取基本集成放大器LF353、555定时器、二极管和电阻、电容等元器件,设计并制作一个简易的线性V/F转换器。首先,在EWB软件平台环境下进行电路设计和原理仿真,选取合适的电路参数,通过输出波形的直流电压值测试线性F/V转换器的运行情况。其次,在硬件平台上搭建电路,并进行电路调试,通过数字万用表观测电路的实际输出电压值。最后,将该实际电压值与理论分析和仿真结果进行比较,分析产生误差的原因,并提出改进方法。
(二)设计要求
输入频率为0~10kHz、幅度为20mV(峰峰值)的交流信号。
线性输出0~10V的直流信号。
转换绝对误差小于20mV(平均值)。
1kHz时的纹波uopp小于50mV。
第二章、设计方案与论证
一、设计原理
F/V转换电路输出的直流电压幅值与输入信号的频率成正比例,且为线性关系。具体分析如下。
在单稳电路输出脉冲信号的高度uH及宽度tw确定的条件下,平均输出电压u0可表示为
其中,Ti为输入信号的周期。
由及上式可得
其中,uH和fw为常数。由此可知,输出直流电压和输入信号的频率呈线性关系。
二、原理框图
输入信号经过放大和A/D转换电路,转换成合适的方波信号;然后通过单稳电路,形成宽度和高度相同的脉冲信号,但周期不同;再经过滤波电路转换成直流,最终通过信号放大,即为所要求获得的电压信号。
图1 原理框图
三、单元电路方案论证
输入信号
输入信号由函数发生器产生,峰峰值为20mv,频率为0—10KHZ,正弦交流信号。
交流信号放大电路
因提供给下一阶段——转换电路的电信号幅度单位为“伏”级,该放大电路可采用运放构成的两级放大器。应在保证输出波形不失真的前提下,满足下一个子电路的触发电平需要。一般来说,后一级的放大倍数要高于前一级的。该放大器应具有优异的动态性能和较强的共模抑制能力,下面给出二运放和三运放仪表放大器的典型电路图,作为参考。
(1) 二运放仪表放大器
图2所示为一个基本二运放仪表放大器的电路图:
图2 二运放仪表放大器电路图
当R1=R4,R2=R3 时,其差模增益可表示为:
注:共模信号输入端和输入ui处于相同的干扰源情况下,能有效抑制共模干扰对输出的影响。
(2)三运放仪表放大器
下图所示为一个基本三运放仪表放大器的结构。
图3 三运放仪表放大器电路图
其中令Rf1=Rf2
其放大倍数如下公式所示:
高共模一直的关键是电阻网络,当电阻匹配时,共模抑制能力较强。其中三运放仪表放大器较为常见,常用做心电图仪的前置放大电路。
转换电路
若希望将正弦波或者三角波转换成矩形波,可采用多种方法进行A/D 转换,以下给出几种方案,供参考:
(1) 过零比较器
过零比较器用来确定前一阶段放大电路输出电压过零的时刻。其结构如图4 所示,当ui≥ 0 时,比较器输出uo为低电平;当ui0时,比较器输出uo为高电平。
图4 过零比较器
过零比较器的优点是,结构简单,灵敏度高;其缺点是,抗干扰能力差。输入信号过零点时,容易产生抖动,造成输出信号的反复变化,不能够输出稳定的矩形波。
(2) 由555 芯片构成的施密特触发器
施密特触发器又称为电平触发的双稳态触发器,对于缓慢变化的信号仍然适用,当输入信号达到某一电压值时,输出电压会发生突变。当其输入信号上升达到正向阈值电压uT+或下降达到负向阈值电压uT-时,输出电平发生翻转。将555 定时器的阈值输入端(6 脚)和触发输入端(2 脚
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