目錄1 技術指標 1
2 設計方案及其比較 1
2.1 方案一 1
2.2 方案二 2
2.3 方案比較 3
3 實現方案 4
3.1 ne555積體電路的內部結構及功能 4
3.2 運算放大器的內部結構及功能 7
3.3 實現方案原理 8
4 除錯過程及結論 9
4.1 電路的連線 9
4.2 電路的除錯 10
4.3 結論 10
5 心得體會 12
6 參考文獻 13
線性電壓頻率變換電路的設計
1 技術指標
設計實現輸入電壓在0~2v之間實現電壓與頻率的線性變換；使輸入訊號直流電壓和輸出訊號頻率之間引數滿足一定比例關係(具體比例關係除錯電路時由指導教師給定)；要求實現占空比可調的輸出訊號。
2 設計方案及其比較
2.1 方案一
如圖1所示
圖1 v/f轉換電路
這是由運算放大器組成的v/f轉換電路。電路包括積分器、比較器和積分復原開關等。其中由a2、r5~r8組成的滯回比較器的正向輸入端兩個門限電平為
u1=-ur7/(r6+r7)+uzr6/(r6+r7)
u2=-ur7/(r6+r7)-uzr6/(r6+r7)
式中uz為輸出限幅電壓，其大小由穩壓管vs2的穩壓值所決定。
當輸入訊號ui=0時，a1組成的積分器輸出uc為0，由比較器特性可知，此時比較器輸出uo為負向限幅電壓-uz，開關管t截止，比較器同相端電壓up為負向門限電平u2。
當輸入ui>0，積分器輸出電壓uc負向增加，uc≥u2時，比較器輸出uo由負向限幅電壓突變為正向限幅電壓，驅動開關管t由截止變為導通，致使積分電容c通過r3放電，積分器輸出迅速回公升。同時，uo通過正反饋電路使比較器同相端電壓up突變為u1，從而鎖住比較器的輸出狀態不隨積分器輸出回公升而立即翻轉。當積分器輸出回公升到uc≥u1時，比較器輸出又由正向限幅電壓突變為負向限幅電壓，t又處於截止狀態，同時up恢復為u2，積分器重新開始積分。
如此迴圈不止，因而積分器輸出一串負向鋸齒波電壓，比較器輸出相應頻率的矩形脈衝序列。輸入電壓越大，積分電容c充電電流及鋸齒波電壓的斜率就越大，因此每次達到負向門限電壓u2的時間也越短，輸出脈衝的頻率就越高。可知
fo=1/t≈ui/r1c(u1-u2)
2.2 方案二
圖2為積體電路lm331的內部結構，其外形採用8腳dip封裝結構。
圖2 lm331內部結構
lm331的管腳功能說明：1為電流輸入，2為參考電壓，3為邏輯輸出，4接地，5接rc定時器，6為閾值輸入，7接比較器輸入，8接電源。
lm331的效能特點：
1. 最大線性度：0.01%；
2. 雙電源或單電源供電；
3. 脈衝輸出與所有邏輯形式相容；
4. 最佳溫度穩定性：最大值為±50×10-6/℃；
5. 功耗低：5v以下典型值為15mw；
6. 寬的動態範圍：10khz滿量程頻率下最小值為100db;
7. 滿量程頻率範圍:1hz~100hz。
如圖3所示，為lm331組成的v/f轉換電路
圖3 lm331組成的v/f轉換基本電路
如上圖所示，輸出訊號的頻率fo與輸入電壓訊號ui嚴格成正比。
fo=uirs/2.09r1rtct
其中rt，ct是5號端所接積分電路的電阻和電容，rs是2號端所接接地電阻，ui，r1分別是輸入電壓和輸入電阻。改變rs的值，可調節電路的轉換增益，即改變v，f之間的線性比例關係。rt，ct，rs，rl選用低溫漂的穩定元件，c1=0.
1uf或1uf，cl要選漏電流小的電容器。rl與cl組成低通濾波器，可減少輸入電壓中的干擾脈衝，有利於提高轉換精度。
2.3 方案比較
第一種方案是用兩個op07運算放大器來實現的，其中op071組成乙個積分器，得到一串負的鋸齒波電壓，op072組成乙個滯回比較器，得到矩形波，再通過電子開關（即三極體的導通與截止）來實現迴圈。方案一中的週期包括兩項：第一項由輸入電壓對電容c的充電過程決定，f-v關係是線性的；第二項為一常數，它的大小由c得放電過程決定，是給f-v關係帶來非線性的因素。
在計算過程中，我們一般都是把第二項省略掉的，這樣得到的f-v關係就有比較大的誤差。
第二種方案用到了整合晶元lm331，其外接電路比較簡單簡單，只需接入幾個外部元件就可方便構成v/f變換電路，並且容易保證轉換精度。它的價效比很高，動態範圍寬，線性度好，變換精度高，是個不錯的選擇。相對於方案一來說，方案二在各方面都有優勢。
3 實現方案
3.1 ne555積體電路的內部結構及功能
ne555是屬於555系列的計時ic的其中的一種型號，555系列ic的接腳功能及運用都是相容的，只是型號不同的因其**不同其穩定度、省電、可產生的振盪頻率也不大相同；而555是乙個用途很廣且相當普遍的計時ic，只需少數的電阻和電容，便可產生數位電路所需的各種不同頻率之脈衝訊號。
ne555的特點有：
1.只需簡單的電阻器、電容器，即可完成特定的振盪延時作用。其延時範圍極廣，可由幾微秒至幾小時之久。
2.它的操作電源電壓範圍極大，可與ttl，cmos等邏輯電路配合，也就是它的輸出準位及輸入觸發準位，均能與這些邏輯系列的高、低態組合。
3.其輸出端的供給電流大，可直接推動多種自動控制的負載。
4.它的計時精確度高、溫度穩定度佳，且**便宜。
引數功能特性：
**電壓4.5~18v
**電流3~6ma
輸出電流225ma
上公升下降時間100ns
ne555的管腳分布圖如圖4所示
圖4 ne555管腳圖
其中各管腳功能為：
1 (接地) -地線(或共同接地) ，通常被連線到電路共同接地。
2 (觸發點) -這個腳位是觸發ne555使其啟動它的時間週期。觸發訊號上緣電壓須大於2/3 vcc，下緣須低於1/3 vcc 。
3 (輸出) -當時間週期開始，555的輸出腳位移至比電源電壓少1.7伏的高電位。週期的結束輸出回到0伏左右的低電位。於高電位時的最大輸出電流大約200 ma 。
4 (重置) -乙個低邏輯電位送至這個腳位時會重置定時器和使輸出回到乙個低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。
5 (控制) -這個接腳允許由外部電壓改變觸發和閘限電壓。當計時器工作在穩定或振盪的狀態下時，這輸入能用來改變或調整輸出頻率。
6 (重置鎖定) – 接腳6重置鎖定並使輸出呈低態。當這個接腳的電壓從1/3 vcc電壓以下移至2/3 vcc以上時啟動這個動作。
7 (放電) -這個接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當輸出為on時為low，對地為低阻抗，當輸出為off時為high，對地為高阻抗。
8 (v +) -這是555計時器ic的正電源電壓端。**電壓的範圍是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。
ne555的內部結構如圖5所示
圖5 ne555積體電路內部結構
ne555的邏輯功能表：
表1 ne555積體電路的邏輯功能
3.2 運算放大器的內部結構及功能
op07晶元是一種低雜訊，非斬波穩零的單運算放大器積體電路。由於op07具有非常低的輸入失調電壓（對於op07a最大為25μv），所以op07在很多應用場合不需要額外的調零措施。op07同時具有輸入偏置電流低（op07a為±2na）和開環增益高（對於op07a為300v/mv）的特點，這種低失調、高開環增益的特性使得op07特別適用於高增益的測量裝置和放大感測器的微弱訊號等方面。
op07的特點：
超低偏移： 150μv最大 。
低輸入偏置電流： 1.8na 。
低失調電壓漂移： 0.5μv/℃ 。
超穩定，時間： 2μv/month最大
高電源電壓範圍： ±3v至±22v
op07內部結構原理圖如圖6所示
圖6 op07內部結構原理圖
op07管腳分布圖如圖7所示
圖7 op07管腳圖
op07晶元引腳功能說明：
1和8為偏置平衡(調零端)，2為反向輸入端，3為正向輸入端，4接地，5空腳 6為輸出，7接電源正極。
3.3 實現方案原理
如圖8所示，為本次設計的實現方案
圖8 v/f轉換實現電路
工作原理：如上圖所示，電路由op07運放器組成的積分器和ne555定時器組成的單穩態觸發器兩部分組成。op07的輸出端與ne555的2腳相連，當op07的輸出放電至ne555的1/3vdd時，ne555置位，3腳輸出高電平，使與之相連的op07的同相輸入端進行同相積分，op07同相輸入端電壓vp呈直線增長。
到ne555的單穩態結束時，3腳輸出低電平，作用到op07的同相端，此時同相端電壓vp線性下降，當到達1/3vdd
時，ne555再次被觸發。於是由此迴圈，形成具有一定頻率的**脈衝。我們要注意當輸入電壓ui小於1/2vdd時，才會有好的線性。輸出頻率fo與輸入電壓ui之間的關係為：
fo=ui/r1c1vpp
其中vpp為積分電路輸出電壓波形的峰峰值。
表2 v/f轉換電路元件資料參考表
4 除錯過程及結論
4.1 電路的連線
根據老師所給的電路原理圖，從表2中選擇一組資料，選擇適當的電路元件，在麵包板上進行佈線。在佈線過程中，應使導線不要交叉，不要彎曲連線，不要飛線，要使導線緊貼著麵包板表面。要牢固掌握麵包板哪些插孔是連通的，以免佈線時出錯。
整體佈線圖如下圖9所示。
圖9 整體佈線圖
4.2 電路的除錯
連線好電路後，按照要求連線好電源與示波器，開始除錯。若發現結果與理論相差甚遠，不符合要求，就可以用萬用表來檢查電路，通過測出各點的電壓，電流等，與原理進行比對，由實際測得的數值與理論上的數值的比較，即可分析出電路哪些地方有錯誤，從而進行改正，直到結果正確。同時，應該要檢查儀器是否是正常工作的，因為有些儀器可能出現接觸不良的現象，所以，應該多測幾次。
4.3 結論
連線電路時，我選的是表2中的第二組資料（100hz/v），通過改變輸入電壓ui，即可實現占空比的變化。實際電阻測量的阻值為：r1=220kω,r2=220kω,r3=21.
6kω,r4=990ω.以下是我在除錯過程中記錄的資料和作出的一條曲線，可看出v-f幾乎是線性關係。
在讀數的時候，因為頻率太小，示波器不能顯示，故會產生一定誤差，但大體上v-f是滿足線性關係的。
表3 除錯資料記錄表
圖9 電壓-頻率關係圖
輸出波形圖如圖10所示。
圖10 輸出波形圖
5 心得體會
我的設計說明
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設計說明包含的內容
1.方案特色 提煉為幾句話，用黑體字強調 2.現狀條件分析 包括區域位置 用地規模 地形特色 現狀建築構築物 周邊道路交通狀況 相鄰地段建設內容及規模 3.自然和人文背景分析 4.規劃原則和總體構思 包括建設目標 指導思想 規劃原則 總體構思 5.用地布局 包括不同用地功能區主要建設內容和規模 6....