VF 变换器设计
姓 名 学 号 院、系、部 班 号 完成时间
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2013级
模拟电子技术课程设计
摘 要
电压/频率变换器的输入信号频率 f 。
0 与输入电压 V i 的大小成正比，输入控制电压 V i 常为直流电压，也可根据要求选用脉冲信号做为控制电压，其输出信号可为正弦波或者脉冲波形电压。
本次课程设计利用输入电压的大小改变电容的充电速度，从而改变振荡电路的振荡频率，故采用积分器作为输入电路。
积分器的输出信号去控制电压比较器或者单稳态触发器，可得到矩形脉冲输出，由输出信号电平通过一定反馈方式控制积分电容恒流放电，当电容放电到某一域值时，电容C 再次充电。
由此实现V i 控制电容充放电速度，即控制输出脉冲频率。
关键词：电压变换器 积分器 单稳态触发器
目录
第1章设计任务与要求 (1)
第2章方案与论证 (1)
2.1 VF变换器设计思路 (1)
2.2 原理框图设计 (1)
第3章单元电路设计与参数计算 (2)
3.1 积分器设计 (2)
3.2 单稳态触发器设计 (3)
3.3 电子开关设计 (3)
3.4 恒流源电路设计 (4)
3.5 元件参数计算 (4)
3.6 主要元件参数 (5)
第4章仿真与调试 (6)
4.1 仿真电路 (6)
4.2 电路调试 (6)
4.3 调试结果 (7)
第5章结论与心得 (10)
5.1 结论 (10)
5.2 心得体会 (10)
参考文献 (10)
第1章 设计任务与要求
（1）设计一个振荡频率随外加控制电压变化的压控振荡器。
（2）输入外加控制电压信号为直流电压，输出信号频率为0f ，0f 与输入电压幅 度成正比。
（3）输入信号为矩形脉冲信号。
（4）输入电压的变化范围为0-10V 。
（5）0f 的变化范围为0-10kHz 。
（6）转换精度小于1%。
第2章 方案与论证
2.1 VF 变换器设计思路
（1）利用输入电压的大小改变电容器的充电速度，从而改变振荡器的振荡频率，可采用积分电路作为输入电路。
积分器可由集成运算放大器和RC 元件组成。
（2）积分器的输出信号控制电压比较器、施密特触发器、单稳态触发器等，可得到矩形脉冲输出。
（3）输出信号电压通过一定反馈方式控制积分电容恒流放电，从而使积分电容的充放电速度控制了输出脉冲信号的频率，实现V/F 变换。
2.2 原理框图设计
图2-1 原理结构图
输入
积分器
单稳态转换器
输出
恒流源
电子开关
第3章单元电路设计与参数计算
3.1 积分器设计
积分器采用集成运算放大器和R C元件构成的反向输入积分器。
图3-１反向输入积分器
3.2 单稳态触发器设计
单稳态触发器采用555 定时器构成的单稳电路。
图3-2 单稳态触发器
3.3 电子开关设计
电子开关采用开关三极管接成反向器形式，当触发器的输出为高电平时，三极管饱和导通,输出近似为0，当触发器输出为低电平时，三极管截止，输出近似等于+V EE。
图3-3 电子开关
3.4 恒流源电路设计
恒流源电路可采用开关三极管 T ，稳压二极管 D z 等元件构成。
具体电路如下所示。
当 V 1’为
0 时，D 2，D 3 截止，D 4 导通，所以积分电容通过二极管 放电。
当 V 1’为 1 时，D 2， D 3 导通，D 4 截止，输入信号对积分电容充电。
在单稳态触发器的输出端得到矩形脉冲。
图3-4 恒流源电路
3.5 元件参数计算
根据题目要求结合电路图
输入与输出关系 0i f V ∝，输入电压范围为1-10V ，而输出频率要求为 1-10KH Z ，所以该 V FC 电路需有 1khz/v 的换系数。
输入有信号电压 V in 时，积分电容充电，积分器输出下降，当电压降至触发器的触发电平1/3Vcc ，555 置位，输 出 高 电 平，使得积分电容通过恒流源反向充电；当电容C 2电压上升到 2/3Vcc 时，又使555 复位，积分电容又开始充电，从而形成振荡。
因为单稳态电路的充电时间 25w C R 1.1t ∙∙=选取 R 5 为 43k ，C 2 为 1000p ，确定充电时间约为0.05ms 。
根据所采用的恒流源电路及参数设置以及输入电压与输出频率的关系，可确定恒流源对积分电容反向充电时间，由于积分电路)t C /R (-U U 11i o ∙=，从而确定 C 1=0.1uf ，R 1=20K 。
3.6 主要元件参数
表3-5元件参数
元件规格个数元件规格个数电阻10K 2 电容1000PF 2 电阻20K 4 电容0.1UF 1 电阻 6.2K 1 运算放大器 1 电阻22K 1 NPN二极管 2 电阻 1.7K 1 稳压管1N5115 1 电阻100K 1 二极管 5 电阻13K 1 555定时器 1 电源15V 1 电源15V 1
第4章仿真与调试
4.1 仿真电路
按图4-1所示连接元件，注意元件方向。
图4-1 仿真调试电路
4.2 电路调试
改变输入电源电压（变化范围0-10V）分别为2V（图4-2）6V（图4-3）10V（图4-4）。
图4-2 电源电压值（2V）
图4-3 电源电压值（6V）
图4-4 电源电压值（10V）
4.3 调试结果
（1）输入电压为2V 时(图4-5)。
图4-5 仿真运行波形（2V ）
V U i 2= KHZ f 5.2=
图4-6 仿真运行波形（6V ）
V U 6i = KHZ f 25.6=
图4-7 仿真运行波形（10V ）
V U i 10= KHZ f 10=
第5章结论与心得
5.1 结论
根据调试结果可知:改变输入电压大小从而改变电容充电速度，从而改变振荡频率。
观察信号发生器可看到由于输入电压不同而产生不同的波形，输入的电压越大波形越密集，从而知道电压大小对振荡频率的影响。
因此产生不同的输入信号，输出信号电压通过一定反馈方式控制积分电容恒流放电，从而使积分电容的充放电速度控制了输出脉冲信号的频率，实现V/F变换。
5.2 心得体会
本次课程设计令我受益匪浅，我更加充分的理解了课本上的知识，很多平时模棱两可的知识点都认识复习并实践了。
提升了我对电子电路的认识。
同时我意识到我们所学的东西将来都是要付诸实践的，所以从现在开始就要一切从实际出发，理论联系实际，这样才能充分锻炼我们的能力。
这次课程设计中，我学会了怎样根据课题的要求去设计电路和调试电路。
动手能力得到了很大的提高，还学会了熟练掌握Multisim11这个仿真软件。
从中我发现自己并不能很好的熟练的去使用我所学到的模电知识。
在以后的学习中我要重视基础，重视电路的设计和实践能力。
相信以后我会以更加积极地态度对待我的学习、对待我的生活。
我会更加努力的去弥补自己的缺点，充实自己。
特别是今后的学习中，要认真对待每一个实验，珍惜每一分一秒，在实践中检验自己学到的知识和方法，锻炼自己的能力，这个是我在课程设计中学到的最重要的东西。
参考文献
[1] 杨素行. 模拟电子技术基础简明教程. 高等教育出版社
[2] 余孟尝. 数字电子技术基础简明教程. 高等教育出版社
[3] 毕满清. 模拟电子技术基础. 电子工业出版社
[4] 李文娟. 实验指导书
[5] 王冠华. Multisimll电路设计及应用。