压频转换电路

压频转换电路报告课程名称电子系统设计分数2电流/频率转换隔离电路设计一、设计任务设计并制作一个电流（4mA-20mA)——电流/频率转换、隔离电路。二、基本要求1.输入电流为4mA-20mA。输出频率信号与输入电流幅值呈线性关系，其线性度不低于1%。2.设计基于LM331的压频变换电路。3.设计基于光耦的数字信号隔离传输电路。三、电流/频率转换隔离电路的设计1.电路设计原理图图一电路原理图2.电路元件参数计算输入电压为1-5v,R1=250Ω，可以计算得电流为4mA-20mA之间，由虚短虚断可知𝐼1𝑅1𝑅2=−𝑈1𝑅3,U1=-50I1，令R2=10K,R3=20K,I1在4mA-200mA之间，U1在2V-10V之间，I4=−𝑈1𝑅4,I1=I2=1.9𝑅5+𝑅63因为LM331的2端基准电流为100μA~150μA，因此R6+R5≥1.9100𝜇𝐴=19k，取R5、R6为10k，其中R6为滑动变阻器。其中，I4I1,因此I4=−𝑈1𝑅460μA，因此取R4=100K，因为电容c充放电荷量相同，I充T充=I放T放，I充+I放=1.9𝑅5+𝑟𝑅6，I充T充=T放*（−1.9𝑅3−𝐼充），由此推出T放=1.9R7*C2=0.011ms，𝑈1𝑅4𝑇=1.9𝑅3∗1.1∗𝑅7𝐶2,则频率f=1/T,将U的最大值与最小值带入式中，即可得到频率的范围是2k-10k之间。TLP521压降为2V，电流为3~5mA，取VCC=5V，R8=𝑢𝑐−25𝑚𝐴≈600Ω，Ic=Ia*CTR=0.005*0.3=1.5mA，其中CTR=0.3，R9=𝑉𝑐𝑐1𝑚𝐴≈51.5𝑚𝐴=3.3𝑘Ω，LM331器件6、8口取经验值R10=R11=10K,C3=0.01μF。四、元器件清单元器件数量LM3311LM3531TLP52111N5819二极管2250Ω电阻110K电阻418K电位器110K电位器1100K电阻11K电阻13.3K电阻25K电阻1620Ω电阻11uF电容10.1uF电容10.01uF电容14五、电路板实物照片图二电路实物正面照片图三电路实物反面照片六、电流/频率转换电路调试步骤1.当输入电压为1V—5V时，调节电位器R13使得LM353的1引脚电压为-2V—-10V。2.测得LM331的6引脚和7引脚的电压为1/2Vcc。53.测得LM311的2引脚电压为1.9V。4.调节电位器R6使得LM331的2引脚的输出电流在100uA—150uA。5.用双踪示波器测量LM331的3引脚和5引脚的输出波形。6.用双踪示波器测量LM331的3引脚和TLP521的输出波形。7.调节输入电压，取6组数据，由于光耦的最高输出频率为10kHz，且设计的输出频率过高，因此输入电压在0—1V之间调节。8.调节电位器R6使得LM331的2引脚的输出电流在小于100uA。9.调节输入电压，取6组数据，由于光耦的最高输出频率为10kHz，且设计的输出频率过高，因此输入电压在0—1V之间调节。图四LM331的3引脚和5引脚的输出波形6图五LM331的3引脚和TLP521的输出波形七、实验数据记录整理1.线性数据f/KHzV/vK/△v/△f2.8030.22/3.7650.2950.0784.5830.3540.0725.5470.4280.0766.8750.5260.0747.3820.5630.0737图六线性数据分析图2.非线性数据f/KHzV/vK/△v/△f5.1240.175/6.3840.2130.0306.8230.2410.0648.1420.2850.0338.8430.3050.0299.4700.3320.043图七非线性数据分析图8实验分析：通过对实验数据的记录以及绘制相应的电流/频率特性曲线我们可以看出，当LM331的2引脚输出电流小于100uA时，压频转换的线性度差，当调节电位器R6使得LM331的2引脚输出电流大于100uA时，压频转换的线性度很好。