电压频率转换电路介绍及扩展.docx
三.电压—频率转换电路实验报告——MultiSim仿真
电压/频率转换电路一、设计任务与要求①将输入的直流电压转换成与之对应的频率信号。
二、方案设计与论证电压-频率转换电路（VFC）的功能是将输入直流电压转换成频率与其数值成正比的输出电压，故也称为电压控制振荡电路（VCO），简称压控振荡电路。
通常，它的输出是矩形波。
方案一、电荷平衡式电路：如图所示为电荷平衡式电压-频率转换电路的原理框图。
电路组成：积分器和滞回比较器，S为电子开关，受输出电压uO的控制。
设uI<0，；uO的高电平为UOH，uO的低电平为UOL；当uO=UOH时，S闭合，当uO=UOL时，S断开。
当uO=UOL时，S断开，积分器对输入电流iI积分，且iI=uI/R，uO1随时间逐渐上升；当增大到一定数值时，从UOL跃变为UOH，使S闭合，积分器对恒流源电流I与iI的差值积分，且I与iI的差值近似为I，uO1随时间下降；因为，所以uO1下降速度远大于其上升速度；当uO1减小到一定数值时，uO从UOH跃变为UOL回到初态，电路重复上述过程，产生自激振荡，波形如图(b)所示。
由于T1>>T2，振荡周期T≈T1。
uI数值愈大，T1愈小，振荡频率f愈高，因此实现了电压-频率转换，或者说实现了压控振荡。
电荷平衡式电路：电流源I对电容C在很短时间内放电的电荷量等于iI在较长时间内充电的电荷量。
方案二、复位式电路：电路组成：复位式电压-频率转换电路的原理框图如图所示，电路由积分器和单限比较器组成，S为模拟电路开关，可由三极管或场效应管组成。
工作原理：设输出电压uO为高电平UOH时S断开，uO为低电平UOL时S闭合。
当电源接通后，由于电容C上电压为零，即uO1=0，使uO=UOH，S断开，积分器对uI积分，uO1逐渐减小；一旦uO1过基准电压UREF，uO将从UOH跃变为UOL，导致S闭合，使C迅速放电至零，即uO1=0，从而uO将从UOL跃变为UOH，；S又断开，重复上述过程，电路产生自激振荡，波形如图（b）所示。
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V OLM V Z 。
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。
模电课设频率-电压转换器电路
目录一.电路设计 (1)1.1设计方案选择 (1)1.2电路主要框图 (1)1.3设计 (1)1.4电路原理 (2)二.部分电路设计 (2)2.1比较器 (2)2.2频率-电压转化器 (4)2.3反相器 (7)2.4反相加法器 (8)3........................................................................................................................................... 总体电路图 .. (10)4........................................................................................................................................... 测试数据 (11)5........................................................................................................................................... 心得体会及问题 (11)5.1心得 (11)5.2问题及不足 (12)6........................................................................................................................................... 元件清单 (13)7........................................................................................................................................... 所用器件介绍. (13)7.1 比较器LM339 (13)7.2F/V 转换器LM331 (16)7.3反相器/反相加法器OP07 (18).电路设计1.1设计方案选择本组本次设计共有两个供选方案。
模电课程设计(电压频率转换电路)
电压—频率转换电路设计课题：电压—频率转换电路专业班级：学生姓名：学号：指导教师：设计时间：题目电压—频率转换电路一、设计任务与要求1．将输入的直流电压（10组以上正电压）转换成与之对应的频率信号。
2．用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V）。
（提示：用锯齿波的频率与滞回比较器的电压存在一一对应关系，从而得到不同的频率.）二、方案设计与论证用集成运放构成的电压—频率转换电路，将直流电压转换成频率与其数值成正比的输出电压，其输出为矩形波。
方案一、采用电荷平衡式电路输入电压→积分器→滞回比较器→输入原理图：方案二、采用复位式电路输入电压→积分器→单限比较器→输出 原理图：通过对两种转换电路进行比较分析，我选择方案一来实现电压—频率的转换。
方案一的电路图简单，操作起来更容易，器件少，价钱也更便宜，且方案一的线性误差小，精度高，实验结果更准确，所以我选择方案一。
三、单元电路设计与参数计算1、电源部分：图1 电源原理图单相交流电经过电源变压器、单相桥式整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电压。
直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因而需要通过电源变压器降压后，再对交流电压进行处理。
变压器副边电压通过整流电路从交流电压转换为直流电压，即将正弦波电压转换为单一方向的脉冲电压。
为了减少电压的脉动，需通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑。
交流电压通过整流、滤波后虽然变为交流分量较小的直流电压，但是当电网电压波动或者负载变化时，其平均值也将随之变化。
稳压电路的功能是使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载变化的影响，从而获得足够高的稳定性。
取值为：变压器：规格220V~15V 整流芯片：LM7812、LM7912整流用的二极管：1N4007 电解电容：C1、C2：3300ufC4、C3：0.22uf C6、C5：0.47ufC7、C8：220uf 发光二极管上的R：1KΩ2、电压—频率转换部分：○1积分器：图2—1 积分运算电路在电路中，由于集成运放的同相输入端通过R3接地，0==u u N P ，为“虚地”。
ad650 电压转频率 频率转电压 应用电路
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频率转电压电路
频率转电压电路频率转电压电路是一种将输入信号的频率转换为相应输出电压的电路。
它被广泛应用于信号处理、传感器测量、通信系统等领域。
本文将介绍频率转电压电路的工作原理、应用以及一些常见的设计方法。
一、工作原理频率转电压电路的工作原理基于频率-电压转换的原理。
当输入信号的频率改变时，电路会相应地产生不同的输出电压。
这种转换通常通过频率-电压转换器来实现，其中包括一个比较器、一个积分器和一个反馈网络。
在频率转电压电路中，输入信号首先经过一个比较器。
比较器将输入信号与一个固定的参考信号进行比较，产生一个脉冲宽度与输入信号频率成正比的方波信号。
然后，这个方波信号经过一个积分器，将其转换为一个与输入信号频率成正比的直流电压。
最后，通过一个反馈网络将这个直流电压反馈给比较器，以调整比较器的阈值，使输出电压与输入信号频率成正比。
二、应用领域频率转电压电路在许多领域都有广泛的应用。
以下是几个常见的应用领域：1. 传感器测量：频率转电压电路常用于将传感器输出的频率信号转换为与被测量物理量成正比的电压信号。
例如，将旋转速度传感器输出的旋转频率转换为与转速成正比的电压信号。
2. 信号处理：频率转电压电路在信号处理中起到了重要的作用。
例如，将音频信号转换为与音调成正比的电压信号，用于音乐合成或音频分析。
3. 通信系统：频率转电压电路在通信系统中常用于频率解调。
例如，将调频广播信号转换为与声音频率成正比的电压信号，以恢复原始音频。
4. 自动控制：频率转电压电路可以用于自动控制系统中的反馈环路。
通过将频率转换为电压信号，并与设定值进行比较，可以实现对被控对象的控制。
三、设计方法设计频率转电压电路时，需要考虑以下几个关键因素：1. 参考信号：选择适当的参考信号对于电路的性能至关重要。
参考信号的频率应覆盖所需转换的频率范围，并且应稳定且准确。
2. 反馈网络：反馈网络用于将转换后的直流电压反馈给比较器，以调整比较器的阈值。
反馈网络的设计应根据具体的应用需求进行。
模电课程设计(电压频率转换电路)
电压—频率转换电路设计课题：电压—频率转换电路专业班级：学生：学号：指导教师：设计时间：题目电压—频率转换电路一、设计任务与要求1．将输入的直流电压（10组以上正电压）转换成与之对应的频率信号。
2．用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V）。
（提示：用锯齿波的频率与滞回比较器的电压存在一一对应关系，从而得到不同的频率.）二、方案设计与论证用集成运放构成的电压—频率转换电路，将直流电压转换成频率与其数值成正比的输出电压，其输出为矩形波。
方案一、采用电荷平衡式电路输入电压→积分器→滞回比较器→输入原理图：方案二、采用复位式电路输入电压→积分器→单限比较器→输出 原理图：通过对两种转换电路进行比较分析，我选择方案一来实现电压—频率的转换。
方案一的电路图简单，操作起来更容易，器件少，价钱也更便宜，且方案一的线性误差小，精度高，实验结果更准确，所以我选择方案一。
三、单元电路设计与参数计算1、电源部分：图1 电源原理图单相交流电经过电源变压器、单相桥式整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电压。
直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因而需要通过电源变压器降压后，再对交流电压进行处理。
变压器副边电压通过整流电路从交流电压转换为直流电压，即将正弦波电压转换为单一方向的脉冲电压。
为了减少电压的脉动，需通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑。
交流电压通过整流、滤波后虽然变为交流分量较小的直流电压，但是当电网电压波动或者负载变化时，其平均值也将随之变化。
稳压电路的功能是使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载变化的影响，从而获得足够高的稳定性。
取值为：变压器：规格220V~15V 整流芯片：LM7812、LM7912整流用的二极管：1N4007 电解电容：C1、C2：3300ufC4、C3：0.22uf C6、C5：0.47ufC7、C8：220uf 发光二极管上的R：1KΩ2、电压—频率转换部分：○1积分器：图2—1 积分运算电路在电路中，由于集成运放的同相输入端通过R3接地，0==u u N P ，为“虚地”。
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电压频率转换电路介绍及扩展测控课程论文学院 物理电子工程学院专 业 电子信息工程 年 级 2*** 级 姓 名 *** 论文题目 电压频率转换电路介绍及扩展指导教师 *** 成绩学号201５年12月２５日一、应用背景：电压频率转换器VFC（Voltage Frequency Converter）是一种实现模数转换功能的器件，将模拟电压量变换为脉冲信号，该输出脉冲信号的频率与输入电压的大小成正比。
电压频率转换器也称为电压控制振荡电路（VCO），简称压控振荡电路。
随电压—频率转换实际上是一种模拟量和数字量之间的转换技术。
当模拟信号（电压或电流）转换为数字信号时，转换器的输出是一串频率正比于模拟信号幅值的矩形波，显然数据是串行的。
串行输出的模数转换在数字控制系统中很有用，它可以把模拟量误差信号变成与之成正比的脉冲信号，以驱动步进式伺服机构用来精密控制。
二、V/f 转换器详解V/f (电压/频率)转换器能把输入信号电压转换成相应的频率信号，即它的输出信号频率与输入信号电压值成比例，故又称为电压控制(压控)振荡器(VCO)。
由于频率在传送过程中稳定度很高，能够很好排除干扰，所以其广泛应用在调频，锁相和A/D变换等许多技术领域。
电路主要指标有：额定工作频率和动态范围，灵敏度或变换系数，非线性误差，灵敏度误差和温度系数等。
通用V/f 转换电路有积分复原式转换电路和电荷平衡式转换电路。
1、积分复原型下图1、(a)(b)分别为积分复原电路图和波形图。
电路主要组成有：积分器、比较器和积分复原开关等(a)转换电路(b)波形图图1积分复原式V/f 转换电路及波形图电路分析：电路包括积分器比较器和积分复原开关灯。
其中由N 2、R5-R8组成的滞回比较器的正相输入端两个门限电频为766Z761R R 7-U +++=R R u R R u-U V∞ - + +N 1∞ - + +N 2 R 2-Eu i R 1R 3 C R 4R 5R 6 R 7R 8R 9u Cu P V S1V S2 V S3 u oOU 1U 2 u Tu o T 1T 2tu C U 2U 1ttO Ou P766Z762R -R 7-U ++=R R u R R u式中Z u ——输出限幅电压，其大小有稳压管VS2和VS3的稳压值所决定。
当输入信号Ui=0时，N1组成的积分器输出UC 为零。
由比较特性可知，此时比较器输出的U0为负向限幅电压-Uz,开关管截止，比较器同向端电压Up 为负向门限电压U2。
当输入信号Ui>0时，N1组成的积分器输出UC 负向增加，UC<U2时比较器输出U0由负象限幅电压突变为正向限幅电压Uz,，驱动管V 有截止变为导通，致使积分电容C 通过R3放电，积分器输出迅速回升。
同时，U0通过正反馈电路使比较器同向端电压Up 突变为U1，从而锁住比较器的输出状态不随积分器的输出回升二立即翻转。
当积分器输出回升到UC>U1时，比较器输出又由Uz 突变为负向限幅电压Uz ，V 又处于截止状态，同时Up 回复为U2，积分器重新开始积分。
如此循环下去，因而积分器输出一串负向锯齿波，比较器输出响应频率的矩形脉冲序列，各级的输出波形如图(b)所示。
显然，输出电压U 越大，积分器电容C 充电电流及锯齿波电压斜率就越大，因此每次达到负向U2的时间也越短，输出脉冲的频率就越高。
由电路可知，积分器在充电过程中的输出电压为 u c (t)=-+ U 1令充电持续时间为 T 1，则有T1=对于放电工程，放电电流是个变数，其平均值为I=式中r ce—晶体管V集电结ce结电阻放电持续时间 T2为T2 =||C=2(R3 +r ce )C||因此，充放电周期为T=T1+T2 =(U1-U2)C[ ]由上式可见，周期T包括两项：第一项由输入电压对电容C的充电过程决定，f-V关系是线性的；第二项为一常数，它的大小由C的放电过程决定，是给f-V关系带来非线性的因素。
为提高V/f转换的线性度，要求>>在上述条件下，放电时间可以忽略，输出脉冲的频率为f0== u i2、电荷平衡式V/f转换电路电荷平衡式V/f转换电路基于电荷平衡原理，主要由积分器N1、过零比较器N2、单稳定时器等组成，如图2所示。
a) 转换电路b) 波形图图2 电荷平衡式V/f 转换电路及波形图假使u i >0,当积分器N 1输出电压u c 下降到零时，比较器N 2翻转，A1－＋A2＋－定时电路∞∞C FR fu sc1u sc2I j -EI f I 1D 1D 2-E mu sc3I fuc1u c2u c30 0I 1E mtttttI j－E m触发单稳定时器产生脉宽为t0的脉冲，该脉冲接通恒流源，设计>i,从而使u c迅速向上斜变。
当脉冲结束后，开关S断开，由u i产生的电流i=u i/R向电容 C充电使 u c迅速向上斜变。
当u c 过零时，比较器又一次翻转使单稳定时器产生一个t0脉冲，电容器再一次放电，如此反复下去。
在一个周期内，电容C上的电荷量不发生变化，即由i产生的充电电荷与产生的放电电荷相等。
在充电时间t1内的电荷量为Q 1=it1在放电时间t0内的电荷量为Q 0=t0由电荷平衡原理，Q 0=Q1，得t1=()t0输出脉冲频率为f==i=由上式可以看出，该种转换器从原理上消除了积分复原时间所引起的非线性误差，故大大的提高了转换的线性度。
集成V/f转换器大多采用电荷平衡型V/f转换电路做基本电路。
3、集成V/F转换器LM331为常用的集成V/F转换器，内部有（1）输入比较电路、（2）定时比较电路、（3）R-S触发电路、（4）复零晶体管、（5）输出驱动管、（6）能隙基准电路、（7）精密电流源电路、（8）电流开关、（9）输出保护电路等部分。
输出管采用集电极开路形式，因此可以通过选择逻辑电流和外接电阻，灵活改变输出脉冲的逻辑电平。
LM331芯片的引脚简介：引脚①为电流源输出端，在fo（引脚三③）输出逻辑低电平时，电流源输出对电容充电。
引脚②为增益调整，改变②管脚所接电阻的值可调节电路转换增益的大小。
引脚③为频率输出端，为逻辑低电平，脉冲宽度由⑤管脚所接Ｒt和Ｃt决定。
引脚④为电源地。
引脚⑤为定时比较器正相输入端。
引脚⑥为输入比较器反相输入端。
引脚⑦为输入比较器正相输入端。
引脚⑧为电源正端。
使用lm331组成的压频转换电路及其原理分析当输入端Vi+输入一正电压时，输入比较器输出高电平，使R－S触发器置位，输出高电平，输出驱动管导通，输出端f0为逻辑低电平，同时电源9 Vcc也通过电阻R2对电容C2充电。
当电容C2两端充电电压大于Vcc的2/3时，定时比较器输出一高电平，使R－S触发器复位，输出低电平，输出驱动管截止，输出端fo为逻辑高电平，同时，复零晶体管导通，电容C2通过复零晶体管迅速放电；电子开关使电容C3对电阻R3放电。
当电容C3放电电压等于输入电压Vi 时，输入比较器再次输出高电平，使R－S触发器置位，如此反复循环，构成自激振荡。
输出脉冲频率fo与输入电压Vi成正比，从而实现了电压－频率变换。
其输入电压和输出频率的关系为：fo=(Vi×R4)/(2.09×R3×R2×C2)由式知电阻R2、R3、R4、和C2直接影响转换结果fo，因此对元件的精度要有一定的要求，可根据转换精度适当选择。
电阻R1和电容C1组成低通滤波器，可减少输入电压中的干扰脉冲，有利于提高转换精度。
三、压频转换电路的应用：电压/频率变换电路（VFC）应用十分广泛，在不同的领域有不同的名称。
在无线电技术中，它被称为频率调制（FM）；在信号源电路中，它被称为压控振荡器（OSC）；在信号处理与变换电路中，它又被称为电压/频率变换电路和准模/数转换电路。
1、下图为无线电技术中常用的一个三级单回路变容二极管调相电路。
每一个回路均有一个变容二极管以实现调相。
三个变容二极管的电容量变化均受同一调制信号控制。
为了保证三个回路产生相等的相移，每个回路的Q值都可用可变电阻(22k)调节。
级间采用小电容(1PF)作为耦合电容，因其耦合弱，可认为级与级之间的相互影响较小，总相移是三级相移之和。
这种电路能在范围内得到线性调制。
这类电路由于电路简单、调整方便、故得到了广泛的应用。
2、压控振荡电路如下图所示：其工作原理是通过场效应管门源间电压的变化，使输出形成占空比可调，周期变化的方波。
四、压频转换电路与普通模数转换电路的区别及优点：1、区别：模数转换：将模拟量转换成数字量的过程被称为模数转换，其主要性能指标有：分辨力，转换速度等。
压频转换：电压频率转换器也称为电压控制振荡电路（VCO），简称压控振荡电路。
随电压—频率转换实际上是一种模拟量和频率量之间的转换技术。
其主要性能指标有：额定工作频率和动态范围，灵敏度或变换系数，非线性误差，灵敏度误差和温度系数等。
2、优点：在压频转换中，当模拟信号（电压或电流）转换为数字信号时，转换器的输出是一串频率正比于模拟信号幅值的矩形波，显然数据是串行的。
这与目前通用的模数转换器并行输出不同，然而其分辨率却可以很高。
此外，在进行数模转换过程中，可以应用的芯片很多，如AD0809、AD574A、LM331等都可以实现数模转换。
但人们发现芯片一般输出都是并行输出（独立、同时、同步），但一般的电路对信号的处理都是串行的。
但运用电压转换为频率就解决了数模的转换，同时又可以输出串行信号，几乎完全可以替代AD芯片的作用。
另外相对于电压，一个信号的频率更为稳定。
大家发现通过讲电压先转换为频率，再测量其频率值，从而即可得到电压的幅度值。
所以在测量中不管信号的幅度值有多大，都可以只考虑其转换后所得到的较之更为稳定的频率来代替直接对信号的分析，这样得到的结果精度会更高。
五、总结：通过这次论文总结使我对压频转换电路有了更深层次的认识，对模数转换电路的加深了理解，同时提高了自己对信号转换电路的分析处理能力，为今后学习工作中做了很好地铺垫。