(重要)利用lm進行頻率電壓轉(zhuǎn)換

1、頻率/電壓變換器實驗報告設(shè)計一、實驗?zāi)康氖煜ぜ深l率電壓變換器LM331的主要性能和一種應(yīng)用；熟練掌握運算放大器基本電路的原理，并掌握它們的設(shè)計、測量和調(diào)整方法.二、技術(shù)要求當(dāng)方波信號的頻率fi在200Hz2kHz范圍內(nèi)變化時，對應(yīng)輸出的直流電壓V在15V范圍內(nèi)線形變化；方波信號源采用函數(shù)波形發(fā)生器的輸出（見課題二圖5-2-3）;采用土12V電源供電.三、設(shè)計報告要求列出已知條件，技術(shù)指標(biāo)1. 分析電路原理.2. 寫出設(shè)計步驟：（1）電路形式選擇（2）電路設(shè)計，對所選電路中的各元件值進行計算式估算，并標(biāo)于圖中.3. 測試與調(diào)整：（1）按技術(shù)要求測試數(shù)據(jù)，對不滿足技術(shù)指標(biāo)的參數(shù)進行調(diào)整，并整理列

2、出表格，在方格紙上繪出波形（2）故障分析幾說明.4. 誤差分析.四、實驗儀器及主要器件儀器雙蹤示波器1臺直流穩(wěn)壓電源1臺毫伏表1臺萬用表1臺低頻信號發(fā)生器1臺元器件卩A7411只LM3311只LM3241只電位器、電阻、電容若干五、設(shè)計過程1方案選擇可供選擇的方案有兩種，它們是：用通用型運算放大器構(gòu)成微分器，其輸出與輸入的正弦信號頻率成正比直接應(yīng)用F/V變換器LM331,其輸出與輸入的脈沖信號重復(fù)頻率成正比因為上述第G2種方案的性能價格比較高，故本課題用LM331實現(xiàn).LM331的簡要工作原理LM331的管腳排列和主要性能見附錄LM331既可用作電壓頻率轉(zhuǎn)換（VFC）可用作頻率一一電壓轉(zhuǎn)換（F

3、VC）LM331用作FVC時的原理框如圖5-1-1所示.R9/10Vccu此時，腳是輸出端（恒流源輸出）,®腳為輸入端（輸入脈沖鏈）,0腳接比較電平.工作過程（結(jié)合看圖5-1-2所示的波形）如下：當(dāng)輸入負(fù)脈沖到達(dá)時，由于06腳電平低于3腳電平，所以S=1（高電平）,Q=0（低電平）.此時放電管T截止，于是Ct由Vcc經(jīng)Rt充電，其上電壓Vet按指數(shù)規(guī)律增大.與此同時，電流開關(guān)S使恒流源I與O腳接通，使Cl充電，Vcl按線性增大（因為是恒流源對Cl充電）.經(jīng)過1.1RtCt的時間，Vet增大到2/3Vcc時，貝UR有效（R=1,S=0）,Q=1,此時，Ct、Cl放電.以后就重復(fù)上面的過

4、程，于是在Rl上就得到一個直流電壓V。（這與電源的整流濾波原理類似），并且V。與輸入脈沖的重復(fù)頻率fi成正比.Cl的平均充電電流為iX（1.1RQt）XfiCl的平均放電電流為Vo/Rl當(dāng)Cl充放電平均電流平衡時，得Vo=IX（1.1RtCt）XfiXRl式中I是恒流電流，l=1.90V/Rs式中1.90V是LM331內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓（即2腳上的電壓）.RtCtfi于是得V。可見，當(dāng)Rs、Rt、Ct、Rl一定時，Vo正比于fi，顯然，要使V。與fi之間的關(guān)系保持精確、穩(wěn)定，則上述元件應(yīng)選用高精度、高穩(wěn)定性的對于一定的fi，要使V。為一定植，可調(diào)節(jié)Rs的大小恒流源電流I允許在10A500A范圍內(nèi)調(diào)

5、節(jié)，故Rs可在190kQ3.8kQ范圍內(nèi)調(diào)節(jié).一般Rs在10kQ左右取用.2.LM331用作FVC的典型電路LM331用作FVC的電路如圖5-1-3所示.fir10K10KFX0.01470p12K100K22K+匕R.Rk8756LM331124310_LVcc-20.2mA在此，Vcc=12V所以Rx=50kQ取在此，Vcc=12V所以Rx=50kQ取Rx=51kQVoRtGfi取Rs=14.2kQ則Vo=fiX10-V由此得V。與fi在幾個特殊頻率上的對應(yīng)關(guān)系如表5-1-1所示.表5-1-1Vo和Fi的關(guān)系圖5-1-3中fi是經(jīng)過微分電路500pF和10kQ加到腳上的.腳上要求的觸發(fā)電F

6、i(Hz)200400600800100012001400160018002000Vo(V)0.8821.370：1.7952.2462.6693.1303.5914.0204.4114.836壓是脈沖，所以圖5-1-3中的fi應(yīng)是方波.整機方框圖和整機電路圖整機方框圖如圖5-1-4所示.Vo=15V圖5-1-4參考電壓VR函數(shù)波形發(fā)生器輸出方波，方波經(jīng)F/V變換器變換成直流電壓.直流正電壓經(jīng)反相器變成負(fù)電壓，再與參考電壓Vr通過反相加法器得到符合技術(shù)要求的V。.整機電路如5-1-5所示.反相器和反相加法器的設(shè)計計算函數(shù)波形發(fā)生器，比較器電路的設(shè)計計算分別見課題二和有關(guān)實驗.以上介紹了F/V變

7、換器，下面介紹反相器和反相加法器.®反相器反相器的電路如圖5-1-6所示.Vo1因為都是直接耦合,失調(diào)運放OP07.為減小失調(diào)電壓對輸出電壓的影響，所以運算放大器采用低由于LM331的負(fù)載電阻RL=100kQ（見圖5-1-3）,所以反相器的輸入電阻應(yīng)為100kQ，因而取Rl=100.反相器的Au=-1，所以R4=Rl=100kQ平衡電阻R5=Rl/R4=50kQ取R5=51kQ.2反相加法器用反相加法器是因為它便于調(diào)整一-可以獨立調(diào)節(jié)兩個信號源的輸出電壓而不會相互影響，電路如圖5-1-7所示.VoR10R6Vo3R10R?-3已知Vo3=-Vo2=-fiX10VVo二皿fj10一理V

8、RR6R9技術(shù)要求fi=200Hz時，Vo=1Vfi=2000Hz時，Vo=5V即Voh竺丄=(5丄)V(2)4509450對照式和式，可見應(yīng)有-皿Vr=5VR99若取r10=r9=20kQ，則vr=-|vRe=9kQ，用兩個18kQ電阻并聯(lián)獲得.平衡電阻R11"R11R6Ri=4.7kQ.參考電壓Vr可用電阻網(wǎng)絡(luò)從-12V電源電壓分壓獲取，如圖5-1-8所示.-12VR715kR81kn2R9k圖5-1-8VrRg/Rg5Rw2'R7十(R8/R9)一9若取Rg=1kQ，貝UR8/R9=0.952kQRw2+R7=19.6kQ取R7=15kQRw2用10kQ電位器.圖5-1

9、-5中的C2、C3、C4、C5均為濾波電容，以防止自激和輸出直流電壓上產(chǎn)生毛刺，電容值均為10卩F/16V.2反相加法器另一種設(shè)計方法如圖5-1-9所示.設(shè)fi=200Hz時為Vo3，要求Vo1=1V，則fi=2000Hz時為10Vo3要求Vo=5VV。MR0VrR0)R6R9-(V03R10VrR10)=1(1)R6R9-(V03Rl0VrRi05(2)R6R9(1)-(2):9V°3=4tVo3=£(3)R6R69(1)漢10-(2):-9VrRl°=5tVrRl°=5(4)R9R99R5由，若取Vr=-iv，則3°=5，取定一個電阻就可確

10、定另一個.R995即若取VrV，則Rio=R9，取定Rio、R9.9知道Rio,則由根據(jù)Vo3大小，可確定R6.設(shè)Vi3=-0.2V，則旦10二20，R69從而得R6=9R1o.20六、測量和調(diào)整觀察圖5-1-5中有關(guān)點的波形.可在200Hz2kHz內(nèi)的任一頻率上觀察.Vii應(yīng)為直流電平0,幅度0.22Vcc的正弦波./2Voi應(yīng)為單極性的正方波，幅度"Vcc.Vi2應(yīng)為直流電平"Vcc的正負(fù)脈沖.Vo2應(yīng)為正直流電壓，Vo3應(yīng)為負(fù)直流電壓，Vo應(yīng)為正直流電壓.測量圖5-1-5中有關(guān)點的直流電壓首先要保證頻率計，電壓表完好，即保證測得的頻率、電壓數(shù)值正確.將函數(shù)波形發(fā)生器的

11、輸出信號頻率fi調(diào)到200Hz.此時Vo2=0.2V.否則調(diào)整Rw1.Vo3=-0.2V.否則調(diào)整R4.Vr應(yīng)=-5/9V.否則調(diào)整Rw2.Vo應(yīng)=1V.否則分別檢查Vr、Vo3產(chǎn)生的輸入.Vr產(chǎn)生的輸出應(yīng)為-VR.否則調(diào)整R9.Vo3產(chǎn)生的輸出應(yīng)為-4/9V，否則調(diào)整R6.固定電阻的調(diào)整可用一個接近要求值的電阻和一個小阻值的電阻串聯(lián)來實現(xiàn)根據(jù)5-1-2中的頻率點，測出對應(yīng)的V。，應(yīng)基本符合表5-1-2中的值.表5-1-2Vo和Fi的關(guān)系七、實驗報告內(nèi)容Fi(Hz)200400600800100012001400160018002000實際Vo(V)0.881.371.802.252.673.

12、133.594.024.414.83理論Vo(V)1.001.441.882.322.763.203.644.084.525.00畫出觀察到的有關(guān)點的信號波形；根據(jù)表5-1-2中給定的頻率點自行列表，填入個頻率點上直流電壓的理論值和實際測量值.對測量值與計算值誤差較大的項進行分析.出現(xiàn)過的故障現(xiàn)象、原因分析及解決方法八、誤差分析：由于不能得準(zhǔn)確的電阻，導(dǎo)致測量值與實際值不是很一致，元器件自身誤差與外部環(huán)境的影響也造成實驗結(jié)果有誤差.濾波電路不能使波形完全平滑，導(dǎo)致示數(shù)不準(zhǔn)確九、注意事項：插面包板時注意正負(fù)極，元器件和導(dǎo)線的并聯(lián)與串聯(lián)，地線從電壓源引出正確接入電路十.心得體會通過此次課程設(shè)計，使

13、我更加扎實的掌握了有關(guān)低頻電子線路方面的知識，在設(shè)計過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗不足.實踐出真知，通過親自動手制作，使我們掌握的知識不再是紙上談兵在課程設(shè)計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多問題，最后在老師的指導(dǎo)下，終于迎刃而解在今后社會的發(fā)展和學(xué)習(xí)實踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事.課程設(shè)計誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，同時又是一門講道課，一門辯思課，給了我許多道，給了我很多思同時，設(shè)計讓我感觸很深使我對抽象的理論有了具體的認(rèn)識通過這次課程設(shè)計，我掌握了常用元件的識別和測試；熟悉了常用儀器、儀表；了解了電路的連線方法；以及如何提高電路的性能等等此課程設(shè)計，我仍感慨頗多，從理論到實踐，在實驗室里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識通過這次課程設(shè)計使我懂得了