1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告（一） 選定設(shè)計(jì)方案，畫(huà)出電路圖。本組本次設(shè)計(jì)共有兩個(gè)供選方案。（1） 用通用型運(yùn)算放大器構(gòu)成微分器，其輸出與輸入的正弦波與頻率成正比。（2） 直接應(yīng)用頻率電壓轉(zhuǎn)換變換專用集成塊LM331其輸出與輸入的脈沖信號(hào)重復(fù)成正比。因?yàn)榉桨付男詢r(jià)比更高，所以選擇第二種方案。（3） 系統(tǒng)構(gòu)成的主要流程圖。函數(shù)波形發(fā)生器反相加法器反相器F/V轉(zhuǎn)換比較器 正弦波 方波直流Vo31v5vfi=200HzVo1Vo2-0.2v 2000Hz 0.2v2v -2v （二） 擬出設(shè)計(jì)，調(diào)試步驟，畫(huà)出電路。分析并計(jì)算主要參數(shù)值。1、設(shè)計(jì) （1）本次設(shè)計(jì)函數(shù)發(fā)生器采用實(shí)驗(yàn)臺(tái)的函數(shù)波形發(fā)生器。確定可調(diào)范圍設(shè)在

2、200Hz-2000Hz,在調(diào)試過(guò)程中，挑選中間的幾個(gè)值進(jìn)行測(cè)試。（2）F/V變換采用集成塊LM331構(gòu)成的典型電路。通過(guò)參考書(shū)和報(bào)告上的指導(dǎo)書(shū)確定相關(guān)參數(shù)，測(cè)定輸出的電壓范圍在0.4-4V。（3）反相器采用比例為-1，通過(guò)集成芯片OP07實(shí)現(xiàn)。(4）反相加法器同樣用芯片OP07實(shí)現(xiàn)，通過(guò)調(diào)節(jié)VR的大小。使輸出的電壓在1-5V。2、調(diào)試步驟 （1）當(dāng)正弦波輸入比較器之后輸出的應(yīng)該是方波。其幅值和形狀在誤差范圍內(nèi)。（2）當(dāng)方波輸入F/V變換采用集成塊后輸出的為直流電壓，根據(jù)公式，看頻率與電壓成正比。（3）當(dāng)直流進(jìn)入反相器后，輸入與輸出的比值為-1。 （4）當(dāng)負(fù)電壓進(jìn)入反相加法器后輸出的電壓值在1

3、-5V。（5）整體調(diào)試后，當(dāng)頻率改變，最后的電壓值相應(yīng)的改變。3、畫(huà)出整機(jī)原理圖整機(jī)原理圖4、分析并計(jì)算主要元件參數(shù)值 (1) F/V轉(zhuǎn)換部分：（）LM331的內(nèi)部原理圖腳是輸出端(恒流源輸出), 腳為輸入端(輸入脈沖鏈), 腳接比較電平.工作過(guò)程及工作波形如圖所示：當(dāng)輸入負(fù)脈沖到達(dá)時(shí),由于腳電平低于腳電平,所以S=1(高電平)，=0（低電平）。此時(shí)放電管T截止，于是Ct由VCC經(jīng)Rt充電，其上電壓VCt按指數(shù)規(guī)律增大。與此同時(shí)，電流開(kāi)關(guān)S使恒流源I與腳接通，使CL充電，VCL按線性增大（因?yàn)槭呛懔髟磳?duì)CL充電）。經(jīng)過(guò)1.1RtCt的時(shí)間，VCt增大到2/3VCC時(shí)，則R有效（R=1，S=0）

4、， =0，Ct、CL再次充電。然后，又經(jīng)過(guò)1.1RtCt的時(shí)間返回到Ct、CL放電。以后就重復(fù)上面的過(guò)程，于是在RL上就得到一個(gè)直流電壓Vo（這與電源的整流濾波原理類似），并且Vo與輸入脈沖的重復(fù)頻率fi成正比。CL的平均充電電流為i（1.1RtCt）fiCL的平均放電電流為Vo/RL當(dāng)CL充放電平均電流平衡時(shí)，得：Vo=I（1.1RtCt）fiRL式中I是恒流電流，I=1.90V/RS式中1.90V是LM331內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓（即2腳上的電壓）。于是得：可見(jiàn)，當(dāng)RS、Rt、Ct、RL一定時(shí)，Vo正比于fi，顯然，要使Vo與fi之間的關(guān)系保持精確、穩(wěn)定，則上述元件應(yīng)選用高精度、高穩(wěn)定性的。對(duì)于一

5、定的fi，要使Vo為一定植，可調(diào)節(jié)RS的大小。恒流源電流I允許在10A500A范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，故RS可在190k3.8 k范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。一般RS在10k左右取用。（）LM331用作FVC的典型電路LM331用作FVC的電路如圖5-1-3所示： 在此，VCC=12V所以 Rx=50k 取 Rx=51 k取 RS=14.2 k則 Vo=fi10 3V由此得Vo與fi在幾個(gè)特殊 頻率上的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表所示。 表5-1-1 Vo和fi的關(guān)系Fi(Hz)200600100015002000Vo(V)0.20.61.01.52.0圖中fi是經(jīng)過(guò)微分電路470pF和10 k加到腳上的。腳上要求的觸發(fā)電壓是脈沖方波

6、。（2）反相器反相器的電路如圖5-1-6所示。 因?yàn)槎际侵苯玉詈希瑸闇p小失調(diào)電壓對(duì)輸出電壓的影響，所以運(yùn)算放大器采用低失調(diào)運(yùn)放OP07。由于LM331的負(fù)載電阻RL=100k（見(jiàn)圖5-1-3），所以反相器的輸入電阻應(yīng)為100 k，因而取RL=100 k。反相器的Au=-1，所以R4=RL=100 k平衡電阻R5=RL/R4=50 k 取 R5=51 k。（3）反相加法器用反相加法器是因?yàn)樗阌谡{(diào)整-可以獨(dú)立調(diào)節(jié)兩個(gè)信號(hào)源的輸出電壓而不會(huì)相互影響。電路如圖5-1-7所示： （1）已知Vo3= -Vo2= -fi10-3V技術(shù)要求fi=200Hz時(shí)，Vo=1Vfi=2000Hz時(shí)，Vo=5V即 V

7、o=（59+fi/450）V （2）對(duì)照式和式，可見(jiàn)應(yīng)有 (R10/R9)Vr=5/9若取R10=R9=20 k，則 Vr= -5/9VR6=9k，用兩個(gè)18 k電阻并聯(lián)獲得。平衡電阻R11R11/R6/R9=4.7 k。為了保證Vr的值直接從-12v引入,VR=(R8/R9)/Rw2+R7+(R8/R9)=5/9若取R8=1 k, 則R8/R9=0.952 kRw2+R7=19.6 k取R7=15 kRw2用10 k電位器。整機(jī)原理圖中的C2、C3、C4、C5均為濾波器電容，以防止自激和輸出直流電壓上產(chǎn)生毛刺，電用電位器。容值均為10uF/16V (三)測(cè)量與調(diào)整觀察整機(jī)原理圖有關(guān)點(diǎn)的波形。

8、可在200Hz2000Hz內(nèi)的任一頻率上觀察。Vi1應(yīng)為直流電平0，幅度0.22Vcc的正弦波。Vo1應(yīng)為單極性的正方波，幅度Vcc。Vi2應(yīng)為直流電平Vcc的正負(fù)脈沖。Vo2應(yīng)為正直流電壓，Vo3應(yīng)為負(fù)直流電壓?jiǎn)?，Vo應(yīng)為正直流電壓。測(cè)量整機(jī)原理圖中有關(guān)節(jié)點(diǎn)的直流電壓首先要保證頻率計(jì)，電壓表完好，即保證測(cè)得的頻率、電壓數(shù)值正確，將函數(shù)波形發(fā)生器的輸入信號(hào)頻率fi調(diào)到200Hz。此時(shí)Vo2=0.2V。否則調(diào)整Rw5。Vo3=-0.2V。否則調(diào)整R15VR=-5/9V。否則調(diào)整Rw6Vo應(yīng)=1V。否則分別檢查VR、Vo3產(chǎn)生的輸入。VR產(chǎn)生的輸出應(yīng)為VR。否則調(diào)整R20。Vo3產(chǎn)生的輸出應(yīng)為-4

9、/9V，否則調(diào)整R18、R19。固定電阻的調(diào)整可用一個(gè)接近要求值的電阻和一個(gè)小電阻的電阻串聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)5-1-2中的頻率點(diǎn)，測(cè)出對(duì)應(yīng)的Vo2、Vo3、VR、Vo，應(yīng)基本符合下表的值。 表5-1-2 有關(guān)點(diǎn)直流電壓與fi的關(guān)系fi(Hz)200650 1100 15502000Vo2(V) 0.2 0.65 1.11.552.0Vo3(V)-0.2 -0.65 -1.1 -1.55 -2.0VR(V) -5/9 -5/9 -5/9 -5/9-5/9Vo(V) 1.02.03.0 4.0 5.0(四)設(shè)計(jì)總結(jié)與思考1、本次設(shè)計(jì)由于比較器處于承接位置，只有比較器輸出合適的方波才能為頻率電壓轉(zhuǎn)換器提供合適的脈沖電壓，當(dāng)由函數(shù)發(fā)生器的電壓設(shè)為NV時(shí)，脈沖電壓必須按NV的電壓范圍確定LM331的選值電壓范圍；采用滯回比較器用穩(wěn)壓管控制輸出電壓；調(diào)出合適的方波為一個(gè)難點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)采用近似的2.4V作為峰值的Ut。2、由于本次設(shè)計(jì)為了防止整個(gè)電路產(chǎn)生自激和輸出電流上產(chǎn)生毛刺，采用了濾波電容，但是設(shè)計(jì)還存在很大的誤差范圍。所以在Vr相對(duì)調(diào)試過(guò)程中設(shè)置了滑動(dòng)變阻器。3、如果LM331輸出偏大可調(diào)節(jié)Rs的大小，恒流源電流工作允許在10uA500uA范圍內(nèi)存在。所以有公式V