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
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
长沙学院课程设计鉴定表
目录
一．技术参数和设计要求 (4)
1.1. 技术参数 (4)
1.2 设计要求 (4)
二．设计思路 (4)
三．单元电路设计 (6)
3.1积分器的设计： (6)
3.2单稳态触发器的设计 (6)
3.3电子开关的设计 (7)
3.4恒流源电路的设计 (8)
四、总原理图及元器件清单 (9)
4.1总原理图 (9)
4.2元器件清单 (9)
五、基本计算与仿真调试分析 (9)
5.1基本计算 (9)
5.2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：
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T
仅决定于定时元件R、C
W
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T。
采用积分器作为输入
W
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。
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。
具体并且输出近似等于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+V
cc
电路如下：
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
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
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V
I 和输出的f
o
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），555
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T
w =1.1R
13
*C
4
，选取R
13
为43k,C
4
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,R
1
=20k,根据公式
(V
I /R
1
)*T=(D
7
/R
8
)* t
T=1.1R
13C
5
得出公式f
=(R
4
TD
7
)*V
I
5.2仿真数据
图5.2.1 仿真数据1
图5.2.2 仿真数据2
图5.2.3 仿真数据3
图5.2.4 仿真数据4
图5.2.5仿真数据5
六、课程设计总结
在这一个礼拜的设计过程中，我经过一个礼拜不停地寻找资料，不断寻找最佳数据，不断地优化了设计的电路。
看着初步连出来的电路，而且系统也是成功运行的，还是挺有成就感的，自己的付出也算没有白费，但还是存在一些问题。
需要自己慢慢调试。
、
电压频率转换器是一种将模拟电压信号转换成频率信号的仪器，U/F之间的转换其实是一个积分的过程，再将其转换结果送计算机是可采用简单的光电耦合，因此有较强的抗干扰能力，电压频率转换器和计算机的接口你叫简单，转换的精度和线性度也比较好。
在这个过程中经常找不到解决问题的方法，就像在示波器上看到很宽的波形，看过书本后，在开关电路中三极管的集电级的电阻是调节脉动宽度的，于是我就改了开关电路的集电极的电阻，但是脉冲的宽度依然没有改变看了相关的笔记和室友的帮助下，我知道脉动的宽度值可能与电容的充电时间有关，于是我想到了积分电路上的电容，时间应该和RC有关，于是我开始改变R的值，但是哈市没有变化，这时我的心里十分着急，后来我改变电容数值，我把2.2uf的电容改成了1uf，终于脉冲的宽度就变窄了，这时我的心情激动地难以表达，这也是我经历失败后的成功，也是我做课程设计的快乐之处。
通过这次课程设计，让我对以学的知识有所回忆，加深了Multisim的应用，并且学到了许多新的知识。
这次课程设计，也让我对以前模电学过的积分电路与稳压管有了进一步的了解，对由数电中的555定时器组成的单稳态触发器不止停留在了书本上的介绍，知道了的它具体用处。
整个课程设计的过程中，感受到这个不仅是一个课程设计，也是一个令我对书上的知识有了个更好的更深的理解的一个途径，对于知识，这就是更加形象化了，一味的看书，背公式，做试题，在理论上好像能理解的东西，但一旦真正应用于实践中，就会产生挺多的问题和困难。
理论结合实际，这就是课程设计的真正目的所在。
七、参考文献
[1] 《电子技术课程设计指导》彭介华编，高等教育出版社，1997年
[2] 《电子技术基础》李效芳编，西安电子科技大学出版社，2010年
[3] 《数字电子技术》周开利编，华中科技大学出版社，2009年。