电压频率和频率电压转换电路的设计
电压频率转换电路
3.3 电压/频率转换电路一、实验目的（1）掌握用仿真软件模拟测试分析电压/频率转化电路。
（2）学习电压/频率转换电路，了解电路的工作原理。
（3）学习电路参数的调整。
二、实验原理和电路电压频率转换电路的功能是将输入直流电压转换成频率与其数值成比例的输出电压，故称为电压控制电路，简称为压控振荡器电路。
可以认为电压频率转换电路是一种模拟量到数字量的转换电路。
它广泛应用于模拟数字信号的转换、调频、遥测、遥感等各种设备中。
其电路形式很多，如由运算放大器构成的VCF ，或者是集成芯片构成的VFC 等。
本实验流程框图如下所示根据框图，用两个运算器分别组成积分器和比较器，得到电压频率转换电路如下仿真图所示：可得A1的反相输入端与同相输入端的电位几乎相等，即434i R V V V R R -+==+ （3.3-1） 代入值得 12i V V V -+== （3.3-2）运算放大器A2与R6，R7构成滞回比较器，当它的输出电压为低电平时，三极管截止，此时积分电路中电容充电的电流为 1i c V V I R --=（3.3-3） 将式（3.3-2）代入（3.3-3）得 12ic V I R =电容充电时，V01逐渐下降。
当它下降到6010267R V V R R =-+时，比较器发生跳转，使得V02变成高电平，此时三极管饱和导通，电容放电，放电电流为2'112R i c R V V V I I I R R ---=-≈-代入以上各式得 '12ic V I R ≈-（3.3-6） 电容放电时，V01将逐渐上升，当上升到 6010267R V V R R =+时，比较器发生跳转，电容开始充电，如此反复。
/460102671101224T i iR V V TV V dt R R CR R C ===+⎰可得振荡频率为 67670218iR R V f T R R C V +==可知电阻与电容保持不变时，频率与控制电压的大小成正比。
基于LM331频率电压转换器电路设计
基于LM331频率电压转换器电路设计LM331基本上是从国家半导体精密电压频率转换器。
该集成电路具有手像应用模拟到数字的转换，长期一体化，电压频率转换，频率电压转换。
宽动态范围和出色的线性度，使适合上述应用的IC，这里的LM331作为电压转换器转换成一个成比例的电压，这是非常线性的输入频率与输入频率的频率有线。
电压转换的频率达到差分输入频率使用电容C3和电阻R7，和由此产生的脉冲序列喂养的PIN6的IC(阈值)。
在PIN6负由此产生的脉冲序列的边缘，使得内建说明LM331基本上是从国家半导体精密电压频率转换器。
该集成电路具有手像应用模拟到数字的转换，长期一体化，电压频率转换，频率电压转换。
宽动态范围和出色的线性度，使适合上述应用的IC，这里的LM331作为电压转换器转换成一个成比例的电压，这是非常线性的输入频率与输入频率的频率有线。
电压转换的频率达到差分输入频率使用电容C3和电阻R7，和由此产生的脉冲序列喂养的PIN6的IC(阈值)。
在PIN6负由此产生的脉冲序列的边缘，使得内建的比较器电路，触发定时器电路。
在任何时刻，电流流过的电流输出引脚(引脚6)将输入频)的值成正比。
因此，输入频率(FIN)成正比的电压(VOUT)率和定时元件(R1和C1将可在负载电阻R4 。
电路图注意事项该电路可组装在一个VERO板上。
我用15V直流电源电压(+ VS)，同时测试电路。
LM331可从5至30V DC之间的任何操作。
R3的值取决于电源电压和方程是R3 =(VS - 2V)/(2毫安)。
根据公式，VS = 15V，R3 = 68K。
输出电压取决于方程，VOUT =((R4)/(R5 + R6))* R1C1 * 2.09V *翅。
壶R6可用于校准电路。
高频PWMDC_DC转换器的设计_应建华
⾼频PWMDC_DC转换器的设计_应建华26卷第1期2009年1⽉微电⼦学与计算机M ICROELECTRONICS&COM PUTERVol.26No.1January2009收稿⽇期:2008-02-21⾼频PWM DC/DC转换器的设计应建华,张俊,肖靖帆(华中科技⼤学电⼦科学与技术系,湖北武汉430074)摘要:设计了⼀种基于0.6L m CM OS⼯艺的⾼频PWM升压型DC/DC转换芯⽚.采⽤恒定频率、电流模式的控制结构以提供稳定的电压.本芯⽚在XFAB公司流⽚成功,测试结果表明,芯⽚的开关频率⾼达为1.2MHz,在输⼊电压分别为3.3V、5V的情况下能稳定地分别驱动4个、6个⽩光L ED,输出电压分别为12.8V、18.6V.关键词:DC/DC转换器;电流型;脉宽调制中图分类号:T N4⽂献标识码:A⽂章编号:1000-7180(2009)1-0197-04Design of High Frequency PWM DC/DC ConverterYING Jian-hua,ZHANG Jun,XIAO Jing-fan(Department of Electro nics Science and T echnology,Huazhong U niversit y of Science and Technology,Wuhan430074,China)Abstract:A hig h frequency PWM step-up DC/DC converter w ith low power dissipation w as designed by using0.6L m CM OS process.T he chip uses a constant frequency,cur rent-mode control scheme to provide steady voltag e.T he chip taped out successfully in XFA B Company.T he testing results showed that the frequency was1.2MHz,output v oltage w as12.8V and18.6V,when driving4and6white L ED in3.3V and5V input voltag e.Key words:DC/DC converter;cur rent-mode;pulse w idth modulation(PWM)1引⾔随着⼿机、mp3、PDA等便携式消费电⼦产品的⼴泛应⽤,对供电电源提出了新的要求.为保证系统稳定、可靠地⼯作,通常采⽤DC/DC开关变换器提供⼯作电压.⽂中设计了⼀种开关频率⾼达1.2MH z、电流控制型PWM升压DC/DC开关变换器,采⽤XFAB 公司的0.6L m CM OS⼯艺流⽚成功.测试结果表明,该转换器可稳定驱动串联的4到6个⽩光LED,满⾜系统设计要求.2PWM DC/DC转换器原理分析⽂中设计采⽤⼀种恒定频率、电流模式的控制结构[1],并把功率开关管和控制电路集成到⼀起.芯⽚结构如图1所⽰.SW为开关引脚;FB为输出电压的采样反馈端;SHDN为停机引脚.芯⽚内部主要模块包括基准电压源、误差放⼤器、PWM⽐较器、振荡器、电流采样电路、RS锁存器以及驱动.图1芯⽚电路框图该芯⽚的⼯作原理:在每个振荡周期的开始时, RS锁存器被置位,导通功率管,输出电压的采样值反馈到PWM⽐较器的正向端.当采样电压超过⽐较器的负输⼊端的⽔平时,RS锁存器被复位关闭功率管.通过开关功率管占空⽐的变化,调节输出电压使其稳定.3 主要电路模块设计分析3.1 电压基准源电路在DC -DC 转换器芯⽚中,因为芯⽚的输出功率⽐较⼤,要求带隙基准源在较宽的温度范围内参考源电压波动不⼤;同时由于⼯作电源电压的范围较宽,为了保证输出电压对⼯作电源电压的不敏感性,要设计⾼电源电压抑制⽐(PSRR)的带隙基准源.⽂中设计的带隙基准源电路如图2所⽰,由启动电路、带隙核、放⼤器A 和输出级组成.图2 带隙电路图其信号结构图如图3所⽰.图3 电压基准源信号结构图其中A 1(s )是V cc 到放⼤器A 输出的传函;A 2(s)是V cc 到电压基准源输出V re f 的传函;A 3(s )是放⼤器A 的输出到电压基准源输出V ref 的传函;A 4(s)是电压基准源的输出V re f 到放⼤器A 输⼊的传函;A 5(s)是放⼤器A 的开环传函.分析可知:V ref V cc =[A 1(s)+A 2(s )A 3(S )]@A 3(S )1+A 3(s )A 4(s )A 5(s)(1)通过参数的优化可以得到在低频范围内A 2(0)约等于0,A 3(0)约等于1,A 4(0)约等于1,A 1(0)和A 5(0)的值是与放⼤器A 结构相关的.化简式(1)可得低频电压抑制⽐为PSRR (0)=V ref V cc =1+A 5(0)A 1(0)U A 5(0)A 1(0)(2)为了获得⾼电源抑制⽐,采⽤了⼀种⾃偏置有源负载运算放⼤器A,利⽤⾃偏置电流源闭环反馈改变开环电阻的特性,实现⾼开环增益.晶体管M0、M 1、M2、M 6、M7、M 8构成⾃偏置电流源,M0由n 个(W /L )的MOS 管并联组成,M 1由1个(W /L )的MOS 管组成,M2是n -1个(W /L )的MOS 管并联组成,由电路⼩信号分析可得输出电阻R out =n @r oM0.电压基准源A 5(0)和A 1(0)的表达式分别为A 5(0)=n @g mQ4@r oM0(3)A 1(0)=r oQ4/(1/g -1mM0+r o Q4)U 1(4)电压基准源的低频电压抑制⽐:PSRR (0)U ng m Q4@r oM0(5)在XFAB 公司的X C 06⼯艺下,通过优化g m Q4和r oM 0,对基准源进⾏温度特性、电压调整率和电源抑制⽐仿真,仿真曲线如图4、图5所⽰.从图中可以看到,电压基准源的温度系数是11ppm/e ;低频电压抑制⽐达到92dB .图4 电压基准源温度系数仿真曲线图5 电压基准源PSRR 仿真曲线3.2 振荡器和斜波发⽣器振荡器产⽣恒稳的、周期性时变的输出波形,作为控制功率管开关的时钟.⽂中采⽤基本的充放电振荡器电路[3],⼜称为窗⼝⽐较式振荡器[4],提供⾼达1.2MH z 的开关频率,电路结构如图6所⽰.其⼯作原理:定时电容C 在两个门限电压V A 、V B 之间来回充放电,当定时电容上的电位达到两个门限电平中的某⼀个值时,RS 触发器输出Q 发⽣翻转;然后定时电容上的电位向相反⽅向变化,当其到达另⼀个门限电平时,Q 再次翻转.如此循环,产⽣振荡.198微电⼦学与计算机2009年图6 振荡器和斜波发⽣器电路结构图斜波发⽣器利⽤电流对定时电容的充放电,在电容C 上产⽣所需的斜波信号.产⽣斜波信号的⽬的是对电路进⾏斜波补偿,防⽌在占空⽐⼤于50%的情况下出现次谐波振荡,保证系统稳定性[2].设电容充电电流为I 1,放电电流为I 2,则电容C 的充电时间t 1=V 1-V 2I 1C,电容的放电时间t 2=V 1-V 2I 2,则振荡周期C 为t =t 1+t 2=(V 1-V 2)1I 1+1I 2C (6)由于充放电电流由电压基准源的PTAT 电流产⽣,振荡周期和斜升波的斜率基本保持不变.3.3 误差放⼤器误差放⼤器的作⽤是把反馈信号V FB 与内部基准电压进⾏⽐较,把电压之差放⼤,产⽣电压环误差信号,控制PWM ⽐较器正向输⼊端的电压信号.误差放⼤器的电路如图7所⽰.图7 误差放⼤器电路图由图7可知:M1、M2、M3、M4、M 17、M0、M 8组成误差放⼤器的第⼀放⼤级;M5、M7、M 9和M 10组成误差放⼤器第⼆级放⼤器,第⼆级电路是推挽输出结构,从⽽可以增加输⼊电压跟随能⼒.NMOS 管M 11⽤于对输出电压进⾏钳位,保证了芯⽚刚上电时不会产⽣电感上电流浪涌现象.M 3和M 4构成的交叉耦合结构,引⼊了⼀个局部正反馈,提⾼了第⼀级的放⼤增益,可以计算出从M2的漏级向下看到的等效电阻为:R eq =1/(g m2-g m4)-1,当g m 2>g m4,R eq >0,等效电阻增⼤,提⾼了开环增益:A v1=gm17/(g m2-g m4).第⼆级为推挽输出结构,可计算其增益为A v2=g m7(r 07+r o10).所以整个误差放⼤器的开环增益为A v =A v1A v2=g m17g m 7(r o7+r o10)/(g m2-g m4)(7)输出级的电阻R 1和电容C 1组成系统的补偿⽹络,⽤于保证系统环路的稳定性,其产⽣了极点和零点如下:s p1=1/2P (r o7+r o10)C 1s z1=1/2P R 1C 1其中产⽣的零点s z1⽤于补偿DC -DC 转换器输出负载电阻和滤波电容形成的极点;极点s p1⽤于对开关噪声进⾏衰减[1].误差放⼤器的频率特性的仿真曲线如图8所⽰.图8 误差放⼤器频率特性仿真曲线图8是误差放⼤器的频率特性曲线,由图可见:误差放⼤器的低频增益是48dB,⾸先经历⼀个低频极点,然后出现⼀个低频零点,零点对极点进⾏相位补偿,从⽽保证了DC -DC 转换器电路在单位增益带宽内等效只有⼀个主极点,使整个环路系统稳定.3.4 功率管由于功率管是整个驱动电路的核⼼器件,因此对于功率管的版图设计直接影响到了电路的整体性能.⽂中采⽤了蛇形栅结构的功率管,蛇形栅的结构优点是:(1)结构紧凑,等效宽度⼤,占⽤⾯积⼩;(2)由于多晶硅栅在拐弯处使⽤了135度的⾛向,有效避免了90度情况下局部雪崩击穿现象的发⽣;(3)源漏⾦属接触孔呈对⾓线分布,这使得MOS 器件的击穿特性,尤其是ESD 性能得到了提⾼.4 测试结果本电路已通过流⽚验证,对芯⽚在输⼊电压为199第1期应建华,等:⾼频PWM DC/DC 转换器的设计3.3V,驱动4个LED 和输⼊电压为5V,驱动6个LED 的情况下进⾏了测试,⽤Tektronix 公司的T DS2024B 数字存储⽰波器读取了输出电压波形和SW 开关电压波形,如图9、图10所⽰.图9 V in =3.3V,驱动4个LED图10 V in =5V ,驱动6个LED从图9、图10可以看出,芯⽚的开关频率在1.2MH z 左右,输出电压稳定.在3.3V 的输⼊电压、20~50e 的环境温度下对输出电压和开关频率的温度特性做了测试,并利⽤matlab 对测试数据进⾏了曲线拟合,如图11、图12所⽰.图11 输出电压温度特性图12 开关频率温度特性测试结果表明,当温度从21e 变化到50e 时,输出电压从12.662V 下降到12.436V,开关频率从1.211MH z 上升到1.289MH z.5 结束语⽂中设计了⼀种开关频率为1.2MHz 的DC/DC 转换器,采⽤恒定频率、电流模式的控制结构以提供稳定的电压.最终的测试结果表明,该芯⽚在输⼊电压分别为3.3V 、5V 的情况下能稳定地驱动4个、6个⽩光LED,开关频率在1.2MH z 左右,输出电压分别为12.7V 、18.6V,达到系统设计要求.参考⽂献:[1]Cheung Fai Lee,Philip K T M ok.A monolithic current-mode CM OS DC-DC converter wit h o n-chip cur rent -sensing technique[J].IEEE Journal of Solid-State Cir -cuits,2004,39(1):3-14.[2]韦枫,吴⾦.基于斜波补偿的电流模式PW M DC-DC 系统稳定性分析[J].电⼦器件,2003,26(4):461-463.[3]陈光明,曹家麟,汪西川.峰值电流控制模式BOO ST DC-DC 变换器的斜波发⽣器的设计[J].上海⼤学学报,2004,10(4):357-361.[4]张科峰,林映嫣,张兢,等.具有外同步功能的窗⼝⽐较式CM OS 振荡器的设计[J].微电⼦学与计算机,2007,24(12):183-186.(下转第204页)图1局域世界较⼩的度分布⽐较图图2局域世界稍⼤的度分布⽐较图图3 局域世界不同的度分布⽐较图5 结束语⽂中在BA ⽆标度⽹络模型的基础上分析了该模型的动⼒学机制,为了更接近实际⽹络⽽对新加⼊节点的择优范围作了⼀点修改,提出了⼀个局域世界线性增长的⽹络模型,通过⽤连续介质⽅法对新模型度分布的计算和计算机模拟,得出:随着时间的不断演化,局域世界线性增长的⽹络最终将演化成度分布遵循幂律分布的⽆标度⽹络,幂律指数C =3.这对在现实世界的许多合作⽹络中如何按照不同合作⽹络的动态演化机制,建⽴具体的演化⽹络模型,识别并捕捉影响⽹络拓扑结构形成的主要因素,从⽽加深对⽹络拓扑结构及其动态变化的认识,是⼗分有参考意义的.参考⽂献:[1]张磊,姜弘道.基于校园⽹络的计算[J].微电⼦学与计算机,2007,24(9):1-3.[2]王剑,廖振松.⼀种改进的⽹格作业管理实现能[J].微电⼦学与计算机,2007,24(11):1-2.[3]Barab si A L,Alber t R.Emer gence of scaling in randomnetworks[J].Science,1999,286(5439):509-512.[4]A lbert R,Barab si A L.Statistical mechanics of complexnetworks[J].Reviews of M odern Physics,2002(74):47-97.[5]L i X,Chen G.A local w orld evolving networ k model[J].Physica A ,2003(328):274-286.[6]N ew man M E J.T he structure and function of complexnetworks[J].SIAM Review ,2003(45):167-256.[7]李守伟,钱省三.⽆标度⽹络的指数增长与动态局域世界[J].复杂系统与复杂性科学,2005(1):1-3.[8]郭进利.有向复杂⽹络的Poisson 模型[J].上海理⼯⼤学学报,2006(3):2-3.[9]刘美玲,王仲君.择优选择节点构成的复杂⽹络模型研究[J].系统⼯程与电⼦技术,2006(4):2-3.[10]Deng K E,T ang Y.G rowing netwo rks based on themechanism of addition and deletion[J].Chin.phys.L ett.,2004(21):1858-1860.[11]Bianconi G ,Barabasi A L.Bose -Einstein condensationin complex netw orks[J].Phys.Rev.L ett.,2001(86):5632-5635.作者简介:刘浩⼴男,(1975-),硕⼠研究⽣.研究⽅向为复杂⽹络.蔡绍洪男,(1958-),教授,博⼠⽣导师.研究⽅向为介观量⼦涨落、⾮线性物理、复杂性理论、⾃组织理论.(上接第200页)作者简介:应建华男,(1954-),硕⼠,副教授.研究⽅向为数模混合集成电路.张俊男,(1981-),硕⼠研究⽣.研究⽅向为数模混合集成电路.肖靖帆男,(1983-),硕⼠研究⽣.研究⽅向为数模混合集成电路.。
V-F与F-V转换电路
C2
VIN +15V
偏移调节 -15V
增益调节 R2 R1
R5 RIN R4
-15V 0.1μF
单稳触发器电容 +V逻辑 R3
FOUT
-IN 1
NC- 2
NC- 3 -VCC 4
5 C1 NC- 6 FOUT 7
+A -
1mA
单稳态 -VS 触发器
W1 W2 比较器
14 +IN 13 VOUT 12 +VCC
若要求输入脉冲频率FIN=10KHz时输出电压VOUT=10V，可使 R1+R2=40KΩ，C1=3650pF，C2=0.01μF。
单片机原理与应用
中ADVFC32的内部结构与引脚分布如图7.40所示，有14个引脚，采
用双列直插式结构。在联接使用时，主要外接的器件有电阻RIN、积 分电容器C2，输出电阻R3以及单稳定时器电容C1。这些器件的参数可 由下列公式计算：
C1
3.3105 Fmax
3.010小于1000pF）
C
+VS
VIN
R
IIN
A
+
VINT
比较器
W1 W2
RX CX 单稳态定时器
RL
Vo
(f)
S IR
-VS
图7.38 V/F转换器原理图
假设开始时单稳态定时器输出低电平，恒流源与反相输入端
开路。这时流过积分器的电流只有输入电流IIN。该电流对积分 电容器C充电，使积分器输出VINT下降。下降到0V时比较器翻 转，触发单稳态定时器输出宽度为t0的正脉冲，使模拟开关S闭 合，恒流源向积分电容器C反向充电（也称为电容器放电），
单片机原理与应用
电压频率和频率电压转换电路的设计讲解
设计一个V/F转换器，研究其产生的输出电压的频率随输入电压幅度的变化关系。
1 绪论（1）电压/频率转换即v/f转换，是将一定的输入信号按线性的比例关系转换成频率信号，当输入电压变化时，输出频率也响应变化。
它的功能是将输入直流电压转换频率与其数值成正比的输出电压，故也称电压控制振荡电路。
如果任何一个物理量通过传感器转换成电信号后，以预处理变换为合适的电压信号，然后去控制压控振荡电路，再用压控振荡电路的输出驱动计数器，使之在一定时间间隔内记录矩形波个数，并用数码显示，那么可以得到该物理量的数字式测量仪表。
图1 数字测量仪表电压/频率电路是一种模/数转换电路，它应用于模/数转换，调频，遥控遥测等各种设备。
（2）F/V转换电路F/V转换电路的任务是把频率变化信号转换成按比例变化的电压信号。
这种电路主要包括电平比较器、单稳态触发器、低通滤波器等电路。
它有通用运放F/V转换电路和集成F/V转换器两种类型。
1.1设计要求设计一个将直流电压转换成给定频率的矩形波的电路,要求包括：积分器；电压比较器和一个将给定频率的矩形波转换为直流电压的电路，要求包括：过零比较器、单稳态触发器、低通滤波器等。
1.2 设计指标(1）输入为直流电压0-10V，输出为f=0-500Hz的矩形波。
（2）输入ui是0~10KHZ的峰-峰值为5V的方波，输出uo为0~10V的直流电压。
2 设计内容总体框图设计2．1 V/F转换电路的设计2.1.1 工作原理及过程积分器和滞回比较器首尾相接形成正反馈闭环系统，如图 2所示，比较器输出的矩形波经积分器积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成矩形波，这样便可构成三角波，矩形波发生器。
由于采用集成运放组成的积分电路，因此可以实现恒流充电，能够得到比较理想的矩形波。
通过分析可知，矩形波幅值大小由稳压管的稳定电压值决定，即方波的幅值OLM Z V V =± 。
矩形波的振荡频率 2.1.2 模块功能积分器：积分电路可以完成对输入电压的积分运算，即输入电压与输出电压的积分成正比。
信号转换电路IV-频率电压转换电路资料
（2）ui >0，uC负向增加， uC≤U2时，比较器输出uo由负向限幅电压突变为正向限
幅电压，V导通，电容C通过R3放电，积分器输出迅速回升。 uo通过正反馈电路使比 较器同相端电压up突变为U1。
（3）当积分器输出回升到uC≥U1时，比较器输出又由正向限幅电压突变为负向限幅 电压，V又处于截止状态，同时up恢复为U2，积分器重新开始积分。
约 10mV t
t
2020/9/24
u单i >稳u态6，定输时入器比输较出器端输Q出为高高电电平平，，
V精导密通电，流u源o=输Uo出L≈电0V流，is开对关CLS充闭电合，，
u内电6逐放，渐电Ct电上管压升截上。止升与，。引电脚源5U相经连Rt的对芯Ct充片
u时s=器u输Ct出≥2端UQ/3为时低，电单平稳，态V定截 止， uo = UoH = +E，电流 开关S断开， CL通过RL放电， 使u6下降。 Ct通过芯片内放 电管快速放电到零。 当冲周u6期≤，ui时如，此又循开环始，第输二出个端脉便 输出脉冲信号。
8
集成V/F转换器——LM131
+U 8
1 整个周期内，RL 在消耗电荷 2 恒流源提供电荷 （充电）的时间由 CL 单稳触发器的暂态 决定 3 电荷平衡（电源 提供的电荷量等于 电阻消耗的电荷量）
精密 电流源
电流 输出 1
电流 开关
RL
2
基准
电压
1.9V
- 基准 比较
+器
iS
uo
频率 3 驱动 V RS 输出
5
二、电荷平衡型
在一个周期T=t0+t1中，积分电容 充电电荷量与放电的电荷量相等，
即i×T= Is×t0
电压频率转换电路实验报告
电压频率转换电路实验报告一、实验目的该实验旨在了解电压频率转换电路的构成和原理，以及掌握电路的实际应用和设计方法。
二、实验仪器本实验所需仪器和器材包括：频率信号发生器、双踪示波器、万用表、电阻、电容、三极管等。
三、实验原理使用三极管放大器的基本原理如下：三极管在放大电压信号时，主要通过调节其输入电阻和输出电阻的大小来控制电流。
由于三极管的输出电阻很小，因此在输入电阻很大的情况下，可以实现高增益放大。
电压频率转换电路以三极管放大器为核心，通过调节其输入电容和输入电阻的参数，可以实现输入频率的转换。
在实际制作中，通常将信号发生器的输出接入电容，然后接入电阻和三极管放大器，最后输出到示波器进行波形显示和测试。
四、实验步骤1.调节信号发生器的频率和幅度，将其输出接入电容，电容参数为100pF。
3.测试不同频率下的转换效果，分析输出波形和幅度的变化规律，进一步优化电路参数的选择方案。
五、实验结果及分析经过本次实验，得到了一组电压频率转换电路的测试数据：在输入频率为50Hz时，输出幅度为2.5V；在输入频率为100Hz时，输出幅度为2.8V；在输入频率为200Hz时，输出幅度为3.0V。
通过实验结果可以看出，随着输入频率的增加，输出幅度逐渐增大，这表明电路在一定范围内具有一定的线性特性，能够实现高效的频率转换和信号放大功能。
此外，通过不断优化电路参数，包括调整电容和电阻的数值大小以及选择合适的三极管型号等，还能进一步提高电路的性能和稳定性。
六、实验评价本次实验通过实际搭建电压频率转换电路，以及对其工作原理和关键参数的分析和优化，掌握了电路实际应用和设计的方法，进一步提高了实验能力和实践操作技能。
19种电压转换的电路设计方法
19种电压转换的电路设计方法1.原理变压器：这是最常见的电压转换方法。
通过调整输入和输出绕组的匝数比例来实现电压的转换。
输入和输出电压之间的比例由变压器的匝数比决定。
2.电容滤波器：通过将电容器连接到电源电路上，可以平滑电压曲线并降低噪声和纹波。
这种方法常用于将交流电转换为直流电。
3.整流器：整流器将交流电转换为直流电。
它使用二极管来将电流沿着一个方向传导，滤去反向的电流。
4.逆变器：逆变器将直流电转换为交流电。
它使用开关元件（通常是MOSFET或IGBT）来控制电流的流向，从而产生交流电。
5.降压变频器：降压变频器将输入电源的电压降低到所需的电压水平，并通过变频器将频率转换为所需的频率。
6.升压变频器：升压变频器将输入电源的电压提高到所需的电压水平，并通过变频器将频率转换为所需的频率。
7.升压降压变频器：这种变频器可以同时提高和降低输入电源的电压，并将频率转换为所需的频率。
8.变压斩波器：变压斩波器是一种组合使用变压器和斩波电路的电压转换方法。
它可以将输入电源的电压转换为相对较高或较低的电压，并通过斩波电路将电压转换为所需的波形。
9.交直流变频器：这种变频器可以将输入电源的交流电转换为直流电，并通过变频器将频率转换为所需的频率。
10. 静态功率因数校正器：静态功率因数校正器（Static Power Factor Corrector，SPFC）通过测量输入电源的功率因数，然后通过相应的电路来纠正功率因数。
11.高压直流输电（HVDC）系统：HVDC系统可以将交流电转换为直流电，并通过输电线路将电力传输到远距离。
在接收端，直流电再次转换为交流电。
12. 交变流转换器：交变流转换器（AC-AC Converter）可以将输入电源的电压和频率转换为所需的输出电压和频率。
13.PWM控制器：脉冲宽度调制（PWM）控制器可以通过切换一个开关来调整输出电平的占空比，从而实现电压的转换。
14. MPPT控制器：最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT）控制器可将光伏发电中太阳能电池板产生的直流电转换为所需的电压和电流水平。
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模电设计课程设计报告题目：电压/频率变换器姓名：班级：学号：指导老师：2011年 1 月12 日1 绪论（1）电压/频率转换即v/f转换，是将一定的输入信号按线性的比例关系转换成频率信号，当输入电压变化时，输出频率也响应变化。
它的功能是将输入直流电压转换频率与其数值成正比的输出电压，故也称电压控制振荡电路。
如果任何一个物理量通过传感器转换成电信号后，以预处理变换为合适的电压信号，然后去控制压控振荡电路，再用压控振荡电路的输出驱动计数器，使之在一定时间间隔内记录矩形波个数，并用数码显示，那么可以得到该物理量的数字式测量仪表。
图1 数字测量仪表电压/频率电路是一种模/数转换电路，它应用于模/数转换，调频，遥控遥测等各种设备。
（2）F/V转换电路F/V转换电路的任务是把频率变化信号转换成按比例变化的电压信号。
这种电路主要包括电平比较器、单稳态触发器、低通滤波器等电路。
它有通用运放F/V转换电路和集成F/V转换器两种类型。
1.1设计要求设计一个将直流电压转换成给定频率的矩形波的电路,要求包括：积分器；电压比较器和一个将给定频率的矩形波转换为直流电压的电路，要求包括：过零比较器、单稳态触发器、低通滤波器等。
1.2 设计指标(1）输入为直流电压0-10V，输出为f=0-500Hz的矩形波。
（2）输入ui是0~10KHZ的峰-峰值为5V的方波，输出uo为0~10V的直流电压。
2 设计内容总体框图设计2．1 V/F转换电路的设计2.1.1 工作原理及过程积分器和滞回比较器首尾相接形成正反馈闭环系统，如图 2所示，比较器输出的矩形波经积分器积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成矩形波，这样便可构成三角波，矩形波发生器。
由于采用集成运放组成的积分电路，因此可以实现恒流充电，能够得到比较理想的矩形波。
通过分析可知，矩形波幅值大小由稳压管的稳定电压值决定，即方波的幅值OLM Z V V =± 。
矩形波的振荡频率 2.1.2 模块功能 积分器：积分电路可以完成对输入电压的积分运算，即输入电压与输出电压的积分成正比。
滞回比较器：用来输出矩形波，积分器得到的三角波可触发比较器自动翻转形成矩形波。
稳压管：用来确定矩形波的幅值。
图 2 总体框架图 2.2 功能模块的设计2.2.1 积分电路工作原理积分电路可以完成对输入电压的积分运算，即输入电压与输出电压的积分成正比。
由于同相积分电路的共模输入分量大，积分误差大，应用场合少，所以不予论述，本课程设计用到的是反相积分电路。
31214R f R C R =图 3 积分器反相积分电路如图 3 所示，电容器C 引入交流并联电压负反馈，运放工作在线性区。
由于积分运算是对瞬时值而言的，所以各电流电压均采用瞬时值符号。
由电路得因为“-”端是虚地，即U-=0,并且 o C u u u -=-+ 1(0)C C C u i dt u C=+⎰ 式中(0)C u 是积分前时刻电容C 上的电压，称为电容端电压的初始值。
所以 1(0)o i C u u dt u RC=--⎰ 把1iC u i i R==代入上式得 1(0)o i C u u dt u RC =--⎰当(0)0C u =时 1o i u u dt RC =-⎰若输入电压是图所示的阶跃电压，并假定(0)0C u =,则t>=0时，由于i u E = ， 所以1o Eu Edt t RC RC=-=-⎰ 由此看出，当E 为正值时，输出为反向积分，E 对电容器恆流充电，其充电电流为E/R ，故输出电压随线性变化。
当o u 向负值方向增大到集成运放反向饱和电压OL U 时，集成运放进入非线性工作状态，o OL u U = 保持不变，图3所示。
如输入是方波，则输出将是三角波，波形关系如图4所示。
当时间在0～1t 期间时，i u E =-电容放电101t o E u Edt t RC RC=--=+⎰ 当t=1t 1时，o om u U =+当时间在1t ～2t 期间时，i u E =+电容充电，其初始值 11()()C o om u t u t U =-=-2211111()t t C C om t t u Edt u t Edt U RC RC =+=-⎰⎰ 所以课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 211t oComomt Eu u Edt U t U RC RC=--+=-+⎰ 当 t=2t 时，o om u U =-。
如此周而复始，即可得到三角波输出。
图4 波形变换上述积分电路将集成运放均视为理想集成运放，实际中是不可能的，其主要原因是存在偏置电流，失调电压，失调电流及其温漂等。
因此，实际积分电路 uo 与输入电压关系与理想情况有误差，情况严重时甚至不能正常工作。
解决这一情况最简便的方法是，在电容两端并接一个电阻f R ，利用f R 引入直流负反馈来抑制上述各种原因引起的积分漂移现象。
但f R C 数值应远大于积分时间，即T/2 ，T 为输入方波的周期否则f R 的自身也会造成较大的积分误差，电路如图4所示. 2.2.2 滞回比较器简单的电压比较器结构简单，而且灵敏度高，但它的抗干扰能力差， 如果输入信号因受干扰在阀值附近变化，如图所示，现将此信号加进同相输入的过零比较器，则输出电压将发生不应该出现的跳变，输出电压波形如图所示。
用此输出电压控制电机等设备，将出现错误操作，这是不允许的。
滞回比较器能克服简单的比较器抗干扰能力差的缺点，滞回比较器如图5所示。
滞回比较器具有两个阀值可通过电路引入正反馈获得。
图 5 滞回比较器按集成运放非线性运用特点，根据下列公式可得知，输出电压发生跳变的临界条件是u u -+= 。
从图 5可得R u U -=111R o f fR Ru U u R R R +=-+ 当 u u -+= 时所对应的i u 值就是阀值，即 11(1)TH R o f fR RU U u R R =+- 当 o OL u U = 时得上阀值： 111(1)TH R OL f f R RU U U R R =+- 当 o OH u U = 时得下阀值： 112(1)TH R OH f fR RU U U R R =+- 由阀值可画出其传输特性。
假设i u 为负电压，此时u +<u - 输出为OL U ，对应其阀值为上阀值1TH U 。
如逐渐使 i u 上升，只要i u >1TH U ，则输出o OL u U = 将不变，直至i u >=1TH U 时，u +>u - ，使输出电压由OL U 突跳至OH U ，对应其阀值为下阀值2TH U 。
i u 再继续上升，u +>u - 关系不变，所以输出o OH u U = 不变。
之后 i u 逐渐减少，只要i u >2TH U ，输出o u +2TH U 仍维持不变，直至i u <=2TH U 时，u+<=u- ，输出再次突变，由 OH U 下跳至OL U 。
其同相滞回比较器的传输特性如图 6 所示。
同样的方法可求得反相滞回比较器的阀值电压和传输特性：1123f R OHTH R U RU U R R +=+其传输特性如图6所示。
显然，改变 UR 即可改变其阀值，从而改变了传输特性，图6所示是Ur=0 的情况，此时，两个电路的传输特性均以纵轴对称。
图6 传输特性 2.2.3 稳压管稳压二极管的工作原理是利用 PN 结的击穿特性。
稳压二极管反向击穿后的伏安特性是十分陡峭的，也就是说，通过稳压管的电流有很大变化时，其两端电压变化却很小，几乎是恒定的。
利用这种特性可以构成所要求的稳压电路， 为限流电阻，用来限制稳压管中的最大电流。
输入电压或负载发生变化而引起稳压管电流变化时，输出电压即稳压管两端电压几乎为一恒定值。
图 7 稳压二极管3 设计心得两周的课程设计，增加了自己的动手实践能力。
理论与实践还是有一定的差距的，在理论上不管多精确的数据，一旦用于实际中，就不得不考虑其仪器，器件的误差，以及自己操作上的能力。
1223f R OLTH R U RU U R R +=+而且，比起以往只要照着电路连线做实验，这次更添加了自己的思考，该选择怎样的电阻，电容，想要修改最后的输出，应该在什么地方做改变。
虽然是一些很基础的东西，但仅仅是书上的理论学习，会让人对知识遗忘得比较快，相反，通过自己动手实践过的东西，会更加记忆深刻。
看着自己连接出来的电路，并且系统是活的，还是挺有成就感的，虽然还有很多问题存在。
整个课程设计过程，不仅是一个课程设计，也让我对于课本上的知识有了更深的了解，对于知识，也更加形象化了。
一味地只是看书本，背公式，计算题目，理论上好像都能理解的东西，一旦真正的应用于实践中，就会产生很多意想不到的惊喜与惊奇。
原来觉得很难想通或想到的内容，在实验中会不经意地发现“原来是这样”，自己当初怎么就不到呢？4 元器件清单：5 参考文献:[1] 江晓安, 董秀峰. 模拟电子技术[M].西安:西安电子科技大学出版社，2002[2] 彭介华. 电子技术课程设计指导[M].北京:高等教育出版社，1997[3] 梁宗善. 电子技术基础课程设计[M].武汉：华中理工大学出版社，1997[4] 赵家贵. 电子电路设计[M].北京:中国计量出版社，2005[5] 孙肖子,邓建国.电子设计指南 [M].北京:高等教育出版社，2005[6] 江晓安，董秀峰.模拟电子技术[M].西安电子科技大学出版社 2002[7] 谢嘉奎.电子线路(线形部分) [M].北京：高等教育出版社 1999[8] 童诗白，华成英主编.模拟电子技术基础第三版[M]. 北京：清华大学。