LM331和555压频转换电路

1目录摘要..........................................................................2第一章压/频变换的目的、意义及要求..........................................31.1压频变换的目的、意义..................................................31.2压频变换的任务与要求..................................................3第二章系统框图、方案的论证与选择..........................................42.1方案的论证与选择.......................................................42.1.1方案的论证......................................................42.1.2方案的选择......................................................5第三章电压频率转换方框原理图.................................................53.1系统的方框图..........................................................53.2单元电路的设计........................................................53.2.1积分电路的设计..................................................63.2.2单稳态触发器的设计..............................................63.2.3电子开关电路的设计..............................................73.2.4恒流源的设计....................................................7第四章电路的原理图、工作原理及参数的选择、计算...............................74.1电路的整体原理图.....................................................74.2电路的工作原理.......................................................84.2参数的选择、计算.....................................................8第五章电路的仿真.............................................................9第六章电路的系统框图、电路设计原理及参数计算...............................116.1电路的系统框图.......................................................116.2电路的设计原理及参算计算.............................................126.2.1LM331组成的压频转换器及其工作原理............................126.2.2电路的原理图及参数的计算.....................................13第七章电路的组装与调试.....................................................147.1电路的仿真...........................................................147.2电路板的制作与焊接...................................................157.3电路板的调试.........................................................167.4调试中出现的故障及解决的方法与技巧...................................187.5电路设计的优缺点及课题述心价值.......................................19课设总结.....................................................................19谢辞.........................................................................20附件一.......................................................................21附件二.......................................................................22附件三.......................................................................23参考文献.....................................................................242摘要设计线性电压/频率转换电路，课设中使用了两种方法来设计。第一：通过使用运算放大器和555定时器为核心器件，再利用其它外围电路来实现。整个电路主要由积分电路模块、恒流模块、单稳态模块及电子开头模块这四个基本模块组成，本方案使用的器件价格便宜。第二：使用LM331及其外围器件组成,该方案电路原理图结构简单，可调性强且精度高。关键词：电压频率转换、线性、555定时器、运放、LM3313第一章压/频变换的目的、意义及要求1.1压频变换的目的、意义电压频率转换实质上是一种振荡频率随外加电压的变化而变化，通过输入电压控制输出频率，电压/频率变换电路的输出信号频率f0与输入电压成正比。所以在调频和模/数变换许多领域中得到广泛的应用。若用方波作为控制电压，压控振荡器就是双频振荡器，能交替输出两种频率的波形；若用正弦波作为控制电压，压控振荡器就成了调频振荡器，能输出抗干扰能力强的调频波。通过对压频变换电路的设计，把理论的知识运用到实践中去，提高自己的动手能力。在设计过程中学会解决问题的方法和技巧，通过总结经验，将实践经验上升到理论的深度。1.2压频变换的任务与要求设计要求：(1)要求将输入电压转换成一定频率的振荡电路；(2)当输入信号电压在0V——2V时，输出振荡的频率为10HZ——10KHZ；(3)给定元件：555时基电路、运放、电阻、电容或使用LM331。4第二章系统框图、方案的论证与选择2.1方案的论证与选择2.1.1方案的论证方案一：利用LM331及外围电路组成的压频转换电路。图为典型用芯片LM331及外围电路组成压频转换电路，输入电压经过一个稳压电路之后输出直接输入到芯片的输入端，在芯片外部接入由电阻电容组成的放电电路，便可以构成压频转换电路，且转换精度高。⑤管脚为一个RC的充电电路；④管脚为接地，⑧管脚接工作电压，③管脚为输出且并联一个上拉电阻⑦管脚为一个低通的RC滤波电路；①、⑥管脚相连，并连接一个RC电路。方案二：利用555及外围电路组成的压频转换电路通过使用芯片555外接电容和电阻组成单稳态触发器，当外部有一个负脉冲信号经电容输入到端口2时，且其端口瞬时低于（1/3）Vcc,低电平比较器动作，单稳态开始一个暂态过程，而电容两端的电压也开始充电，当电容两端电压大开（2/3）Vcc时，使输出从高电平返回到低电平，电容上的电荷经放电开头放电，暂态结束，恢复稳态。所以将输入电压经积分电路接到2端口，再加上开关电路的通断，使积分电路进行充放电，便可以实现压频转换电路。Vif图2.1.1LM331压频转换图52.1.2方案的选择方案一中原理简单，电路也较为简单，转换精度也很高，而方案二电路元器件价格便宜，适合于课程设计。并且该方案主要是通过几个简单的模块组合起来，思路很清晰，对于课程设计来说方案二更适合学生，虽然方案二较为复杂，但方案二所涉及的知识面广，对让初学者来说，该方案更能提高自己的动手能力以及对问题的处理能力。所以综合以上分别对这两种方案进行设计，并进行比较。第三章电压频率转换方框原理图3.1系统的方框图图3.1.1电压频率转换方框图3.2单元电路的设计积分电路单稳态电路开关电路恒流源电路Vif63.2.1积分电路的设计该积分电路使用运算放大器和RC构成的反向放大电路，输出电压u0为输入电压Vi对时间的积分。利用输入的电压的大小控制电容充放电的速度，从而改变振动器的振荡频率，所以可以将积分电路的输出信号去控制单稳态触发器，得到矩形波。电路输入端接上51k滑动变阻是为更好地调节电容的充电时间。，电容中并联上一个二极管的目的是使输出电压在-0.7V以上。3.2.2单稳态触发器的设计单稳态触发器采用555定时器来设计，当外部有一个负脉冲信号经电容输入到端口2时，且其端口瞬时低于（1/3）Vcc,低电平比较器动作，单稳态开始一个暂态过程，而电容两端的电压也开始充电，当电容两端电压大开（2/3）Vcc时，使输出从高电平返回到低电平，电容上的电荷经放电开头放电，暂态结束，恢复稳态。外接电阻和电容，电路和脉宽主要由R6和C2决定，即Tw=1.16R*2C，电容C3主要起图1.2.1积分电路的设计图3.2.2单稳态电路的设计7旁路电容的作用。3.2.3电子开关电路的设计电子开关使用三极管连接而成，当触发器输出为高电平时，三极管饱和导通，输出近似为0，当触发输出为低电平时，三极管截止，输出近似为VCC。3.2.4恒流源的设计恒流源由三极管和稳压管组成，稳压管保证三极管的基极和发射极之间有恒定电压，因为BI0，所以BICIDzV/3R,DZV为稳压管的稳压值，因此CI的电流可近似为恒定电流。积分电容可以通过三极管放电。此D2、D3截止，D1导通。第四章电路的原理图、工作原理及参数的选择、计算4.1电路的整体原理图图表2恒流源电路图图3.2.3电子开关的设计图3.2.4恒流源的设计8图4.1.1555电路的整体原理图4.2电路的工作原理当在输入端加上输入电压Vi时，积分电路的输出电压逐渐减小，当电压下降到（1/3）VCC时，单稳态电路开始一个暂态过程，输出高电平，此时三极管开头电路Q2饱和导通，开关电路输出电压约为0;D2、D3截止，D1导通，积分电容通过恒流源的三极管Q1放电,即进行反向充电,在这过程中积分电路的输出电压逐渐增大，当电压增大到（1/3）VCC时，单稳态电路输出电压从高电平返回到低电平。此时电子开头Q1截止，输出电压约为VCC,D2、D3导通，D1截止。积分电容又开始充电，周而复始，积分电容跟据输入电压的不同，控制积分电容充放电的时间，从而形成线性压频转换电路。4.2参数的选择、计算单稳态触发器暂稳态的持续时间wt=1.16R*2C,为了计算的方便，选择电容为1000pf,电阻为45k,wt=0.495ms,经查表，常用电阻中没有45k电阻，所以选择6R=43k,此时wt=1.16R*2C=1.1*1000*1210*45*310=0.473m0.5ms积分电路如右图所示输入电压Vi与输出电压V0的关系为：dtVViCR1109所以与单稳态电路联系起来可得TVViCRcc1131其中01fT所以有011131fiCRccVV即CCiC