文档介绍：电压/频率转换电路
一、设计任务与要求
①将输入的直流电压转换成与之对应的频率信号。
二、方案设计与论证
电压-频率转换电路(VFC)的功能是将输入直流电压转换成频率与其数值成正比的输出电压,故也称为电压控制振荡电路(VCO),简称压控振荡电路。通常,它的输出是矩形波。
方案一、电荷平衡式电路:
如图所示为电荷平衡式电压-频率转换电路的原理框图。
电路组成:积分器和滞回比较器,S为电子开关,受输出电压uO的控制。
设uI<0,;
uO的高电平为UOH,uO的低电平为UOL;
当uO=UOH时,S闭合,当uO=UOL时,S断开。
当uO=UOL时,S断开,积分器对输入电流iI积分,且iI=uI/R,uO1随时间逐渐上升;当增大到一定数值时,从UOL跃变为UOH,使S闭合,积分器对恒流源电流I与iI的差值积分,且I与iI的差值近似为I,uO1随时间下降;因为,所以uO1下降速度远大于其上升速度;当uO1减小到一定数值时,uO从UOH跃变为UOL回到初态,电路重复上述过程,产生自激振荡,波形如图(b)所示。
由于T1>>T2,振荡周期T≈T1。uI数值愈大,T1愈小,振荡频率f愈高,因此实现了电压-频率转换,或者说实现了压控振荡。
电荷平衡式电路:电流源I对电容C在很短时间内放电的电荷量等于iI在较长时间内充电的电荷量。
方案二、复位式电路:
电路组成:
复位式电压-频率转换电路的原理框图如图所示,电路由积分器和单限比较器组成,S为模拟电路开关,可由三极管或场效应管组成。
工作原理:
设输出电压uO为高电平UOH时S断开,uO为低电平UOL时S闭合。当电源接通后,由于电容C上电压为零,即uO1=0,使uO=UOH,S断开,积分器对uI积分,uO1逐渐减小;一旦uO1过基准电压UREF,uO将从UOH跃变为UOL,导致S闭合,使C迅速放电至零,即uO1=0,从而uO将从UOL跃变为UOH,;S又断开,重复上述过程,电路产生自激振荡,波形如图(b)所示。uI愈大,uO1从零变化到UREF所需时间愈短,振荡频率也就愈高
比较两方案可知,电荷平衡式电路的满刻度输出频率高,线性误差小,精度高,且电路简单、元器件较常见、能容易获得。故采用方案一—电荷平衡式电路。
三、单元电路设计与参数计算
(一)积分器
积分电路的输入电压Ui和输出电压Uo的波形。由于τ>>tp,电容缓慢充电,其上的电压在整个脉冲持续时间内缓慢增长,当还未增长到趋于稳定值时,脉冲已告终止(t=t1)。以后电容经电阻缓慢放电,电容上电压也缓慢衰减。在输出端输出一个锯齿波电压。时间常数τ越大,充放电越是缓慢,所得锯齿波电压的线性也就越好。
从波形上看,u2是对 u1积分的结果。因此这种电路称为积分电路。在脉冲电路中,可应用积分电路把矩形脉冲变换为锯齿波电压,作扫描等用。
积分电路如图所示:
 
其中R f 是为了防止集成运放饱和。
运算关系: u o = − 1 /R C ∫ u i d t
设置 R = 10 k Ω, C = 1 μF
当输入为阶跃信号时,输出电压波形如图所示:
(二)滞回比较器
1)电路结构:
滞回比较器电路见图所示。
它是从输出引一个电阻分压支路到同相输入端。由电路有输出电压Uo=±Uz。