1、 模拟电子技术课程设计模拟电子技术课程设计 课课 题：频率题：频率/ /电压变换器电压变换器 学 院：电气与电子工程学院 专 业： 自动化 班 级： 1 本课题介绍一种频率/电压变换器的设计方法，通过本课题要求熟悉集成频率/ 电压变换器 LM331 的主要性能和典型应用，掌握运算放大器基本电路的原理，并掌握 它们的设计、测量和调整方法。 一、设计目的一、设计目的 1、学习频率/电压变换器的设计方法； 2、掌握集成电路 LM331 的设计方法； 3、掌握反相器和反相加法器的设计方法。 二、设计要求和技术指标二、设计要求和技术指标 1、当正弦波信号的频率 fi 在 400Hz4kHz 范围内变化时
2、，对应输出的直流电压 V0 在 2V10V 范围内线性变化。 2、正弦波信号源采用函数波形发生器（参见课题三） 。 3、采用12V 电源供电。 三、设计说明三、设计说明 1.1.方案选择方案选择 可供选择的方案有两种： （1）用通用型运算放大器构成微分器，其输出与输入的正弦信号频率成正比。 （2）直接应用频率电压变换专用集成块 LM331，其输出与输入的脉冲信号重复频 率成正比。 因为上述第（2）种方案的性能价格比较高,故本课题用 LM331 实现. 2.2. LM331LM331 用作用作 FVCFVC 时的时的工作工作原理框原理框 -输入 比 较 器 定 时 比 较 器 + + 5 6 7
3、 1 s Q T Ct Rt VCC 2/3VCC 9/10VCC s 置 “ 1” 端 置 “ 0” 端 R RL CL -V0 fi 图 5-1-1 +VCC Q + LM331 的原理框图如图 5-1-1 所示。此时，脚是输出端（恒流源输出） ，脚 2 为输入端（输入脉冲链） ，脚接比较电平。 当输入负脉冲到达时,由于6 脚电平低于7 脚电平,所以 S=1(高电平)，Q=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 VCt按指数规律增大。 与此同时，电流开关 S 使恒流源 I 与1 脚接通，使 CL充电，VCL按线性增大（因为 是恒流源对 CL
4、充电） 。 经过 1.1RtCt的时间，VCt增大到 2/3VCC时，则 R 有效（R=1，S=0） ，Q =0，Ct、CL 再次充电。然后，又经过 1.1RtCt的时间返回到 Ct、CL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 入脉冲的重复频率 fi成正比。 CL的平均充电电流为 I（1.1RtCt）fi CL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）fiRL 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
5、电压） 。 于是得： itt S L o fCR R R 09.2V 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。 3LM331 用作用作 FVC 的典型电路的典型电路 LM331 用作 FVC 的电路如图 5-1-2 所示 10K 10K RX Rt 6.8K 0.01 100K 10 12K 22K RS fi 470p 1 2 34 5 6 7 8 LM331 lo 图 5 - 1 - 3 + +VCC 6.7k Rt Rx=51k Rs 5k 0.01uF Ct RL V02 Vi2
6、图 5-1-2 3 对于一定的fi， 要使Vo为一定值， 可调节RS的大小。 恒流源电流I允许在10A500A 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。 又因为 mA2.0 2V R CC x 在此， VCC=+12V 所以 Rx=50k 根据实际需取 Rx=51 k itt S L o fCR R R 09.2V 其中，RL=100k，Ct=0.01uF, 取 RS=14k 则 Vo=fi10 3V 由此得 Vo与 fi在几个特殊 频率上的对应关系如表 5-1-1 所示。 表 5-1-1 Vo 和 fi的关系 fi(Hz) 400 1300 2200 3100 4000 Vo(V) 0.4 1.3 2.2 3.1 4.0 图 5-1-2 中 fi是经过微分电路 470pF 和 10 k加到 6 脚上的。6 脚上要求的触发电压 是脉冲，所以图 5-1-2 中的 fi应是方波。 4、整机方框图和整机电路图、整机
