555-电压频率变换电路的设计

1长沙学院课程设计说明书题目125电压频率变换器的设计系(部)电子与通信工程专业(班级)姓名学号指导教师起止日期2模拟电路课程设计任务书（20）一．设计题目电压频率变换器的设计二．技术参数和设计要求1.技术参数（1）设计一种电压/频率变换电路，输入vi为直流信号（控制信号），输出频率为fo的矩形脉冲，且fo∝vi。（2）vi变化范围为0～10V。（3）fo变化范围为0～10kHz。（4）转换精度1%。2.设计要求（1）画出电路原理图或仿真电路图；（2）元器件及参数选择；（3）电路仿真与调试；（4）PCB文件生成与打印输出；（5）编写设计报告：包括设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。（6）答辩，在规定时间内完成叙述并回答问题。三．设计工作量设计时间一周，2012年下学期进行。四．工作计划星期一：布置设计任务，查阅资料；星期二~星期四：设计方案论证，进行电路设计，计算并选择电路元件及参数；星期五：撰写设计报告及使用说明书，进行个别答辩。五．参考资料1．彭介华，《电子技术课程设计指导》，北京：高等教育出版社，1997；2．高吉祥，《电子技术基础实验与课程设计》，北京：电子工业出版社，2005；3．童诗白，《模拟电子技术基础》，北京：高等教育出版社，1988；4．康华光，《电子技术基础——模拟部分》，北京：高等教育出版社，2006六．指导教师马凌云七．系部审批3长沙学院课程设计鉴定表姓名学号专业电子信息工程班级设计题目电压频率变换器的设计指导教师指导教师意见：评定等级：教师签名：日期：答辩小组意见：评定等级：答辩小组长签名：日期：教研室意见：教研室主任签名：日期：系（部）意见：系主任签名：日期：说明课程设计成绩分“优秀”、“良好”、“及格”、“不及格”四类；4目录一．技术参数和设计要求..................................................................................................................................41.1.技术参数............................................................................................................................................41.2设计要求..............................................................................................................................................4二．设计思路......................................................................................................................................................4三．单元电路设计..............................................................................................................................................63.1积分器的设计：...................................................................................................................................63.2单稳态触发器的设计...........................................................................................................................63.3电子开关的设计...................................................................................................................................73.4恒流源电路的设计...............................................................................................................................8四、总原理图及元器件清单..............................................................................................................................94.1总原理图...............................................................................................................................................94.2元器件清单...........................................................................................................................................9五、基本计算与仿真调试分析..........................................................................................................................95.1基本计算...............................................................................................................................................95.2仿真数据.............................................................................................................................................10六、课程设计总结............................................................................................................................................13七、参考文献....................................................................................................................................................14一．技术参数和设计要求1.1.技术参数（1）设计一种电压/频率变换电路，输入vi为直流信号（控制信号），输出频率为fo的矩形脉冲，且fo∝vi。（2）vi变化范围为0～10V。（3）fo变化范围为0～10kHz。（4）转换精度1%。1.2设计要求（1）画出电路原理图或仿真电路图；（2）元器件及参数选择；（3）电路仿真与调试；二．设计思路这个电路主要是有积分器，单稳态触发器，电子开关和恒流电路组成。具体原理框图如下：5积分器单稳态触发器电子开关恒流源6该方法是采用积分器和单稳态触发器组成的电压频率交换器，通过电子开关实现对电路工作的控制。三．单元电路设计3.1积分器的设计：积分器采用集成运算放大器和RC组件构成的反向输入积分器。具体电路如下：图3.1.1积分器设计3.2单稳态触发器的设计单稳态触发器采用555定时器构成的单稳电路，单稳态触发器具体有下列特点：第一、在外来触发脉冲的作用下，能够由稳定状态翻转到暂稳状态；第二、它有一个稳定状态和一个暂稳状态；第三、暂稳状态维持一段时间后，将自动返回单稳定的状态。暂稳状态时间的长短，与触发器脉冲无关，仅仅决定于电路本身的参数或者电路阀值电压以外接R、C参数有关，单稳态触发器输出脉冲宽度TW仅决定于定时元件R、C的取值，与输入触发信号和电源电压无关，调节R、C的取值，即可方便的调节TW。采用积分器作为输入电路，积分器是输出信号去控制单稳态触发器，那样就可以得到矩形脉冲输出。单稳态触发器在数字系统和装置中，一般定时（产生一定宽度的脉冲）、整形（把不规则的波形转换成等宽、等幅的脉冲）以及延时（将输入信号延迟一定的时间之后输出）等。7图3.2.1单稳态触发器的设计3.3电子开关的设计电子开关的设计采用开关三级管接成反向器的形式，一方面当触发器的输出为高电平时，三极管饱和导通并且输出近似等于0，另一方面当触发器输出低电平时，三级管处于截止状态，其输出近似等于+Vcc。具体电路如下：8图3.3.1电子开关的设计3.4恒流源电路的设计恒流源时输出电流保持恒定的电流源，而理想的恒流源应该具有以下的特点：第一、不因负载变化而变化；第二，不因环境温度变化而变化；第三、内存可以为无限大（以使其电流可以全部流到外面）。基本的恒流电路主要是由输入级和输出级构成，输入级提供参考电流，输出级输出恒定电流。恒流源电路具有输出电流恒定、温度稳定性好、直流电阻很小但等效交流输出电阻却很大的特点。恒流范围大致1uA-2uA。它既可以为各种放大电路提供偏流以稳定其静态工作点，又可以作为其有源负载以提高放大倍数，并且在差动放大电路和脉冲产生电路中也得到了广泛的应用，在本题目就是用于脉冲产生电路。恒流源采用开关三级管T和稳压二极管Dz等组件构成的，其具体的电路下图所示当V为0时，D3，D4截止，D2就导通，所以积分电容就通过三极管T放电，当V等于1V时D3，D4导通，D2就截止，输入信号对积分电路充电。在单稳态触发器的输出端就得到矩形脉冲。图3.4.1恒流源电路的设计9四、总原理图及元器件清单4.1总原理图图4.1.1总原理设计图4.2元器件清单元部件参数数量电阻1k2电阻10k2电阻20k4电容10n1稳压二极管1555定时器1电阻1电阻100k1电阻4.7k1BJT_NPN2五、基本计算与仿真调试分析5.1基本计算从题目的要求结合电路图，输入VI和输出的fo要成正比例关系，这题目要求输入电压的范围为0~10V，而输出频率要求为0~10Khz，所以该电流需要有1khz/v的换算系，输入由信号电压Vin即积分器电路输入信号控制单稳态触发器，积分电容充电，当积分输出电压上升时，在小于触发器的触发电平（1/3Vcc），55510定时器就会置位，通过电子开关就会反馈回到积分器，当积分器电容经过恒流源放电并且积分电容上升到1/3Vcc后，又会使555复位，恒流源截止，此时积分器又开始充电，由此形成了振荡。因为在单稳态电路的充电时间Tw=1.1R13*C4，选取R13为43k,C4为10nF，从此确定充电时间约为0.05ms，根据所采用的恒流源电路级参数设置以及输入电压和输出频率的关系，就可以确定恒流源对积分电容反向充电时间，从而确定C1=10uf,R1=20k,根据公