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1、线性V/F转换目录1、设计要求和任务22、总体方案选择的论证23、单元电路的设计24、总体电路图115、组装和调试116、所用元器件的编号列表157、收获、体会和建议168、列出参考文献179、附录18一、设计要求和任务（1）、输入信号010V的直流电压，线性输出频率为0-10KHZ的矩形波。（2）、转换精度：绝对误差=20HZ。（3）、矩形波的波形要求：脉冲宽度为2040us，幅度为010v。二、总体方案选择的论证三、单兀电路的设计（1）、输入信号（Vi）实现电路：分压电路原理及作用：将滑动变阻器与定值电阻串联达到分压的效果， 通过调节滑动变阻器可以调节输出电压Vi的大小。电路图如下:12V
2、R们 0 k Ohm /50%1.2 k OhmA/V-输出电压计算如下：V112V*10/（10+2）=10.0V,即输出电压可从 0V 变到 10.0V。（2）、阻抗变换（Vi）实现电路：高输入阻抗，低输出阻抗的电压跟随器原理及作用：共集电路的输入高阻抗，输出低阻抗的特性， 使得它在电路中可以起到阻抗匹配的作用，能够使得后一级的放 大电路更好的工作。电压隔离器输出电压近似输入电压幅度，并对前级电路呈高 阻状态，对后级电路呈低阻状态，因而对前后级电路起到“隔离” 作用。电压跟随器作中间级，以“隔离”前后级之间的影响，此时 称之为缓冲级。基本原理还是利用它的输入阻抗高和输出阻抗低 之特点。电压
3、跟随器的输入阻抗高、输出阻抗低特点，可以极端一点 去理解，当输入阻抗很高时，就相当于对前级电路开路；当输出 阻抗很低时，对后级电路就相当于一个恒压源，即输出电压不受 后级电路阻抗影响。一个对前级电路相当于开路，输出电压又不 受后级阻抗影响的电路当然具备隔离作用，即使前、后级电路之 间互不影响。电路图如下:失调电阻的计算:为了使电路的输出在整个电压输入的范围内平均误差最小，则取Rw=5kQ时，计算失调电阻，由运算放大器及深度反馈知识可得:R2=5/(10+2)=3.3(kQ)(3) 、二次积分控制电路(Vc)实现电路：压控振荡器原理及作用：利用集成运放可以构成精度高、线性好的压控振汤器。积分电路
4、输出电压变化的速率与输入电压的大小成正比，如果 积分电容充电使输出电压达到一定程度后，设法使它迅速放电，然后 输入电压再给它充电，如此周而复始，产生振荡，其振荡频率与输入 电压成正比，即压控振荡器。电路图如下:47k0hm-WV-RH0kOhm/50%10 k Ohm-VWkuhm10 kOlim12 V相关参数计算：假设当“6”输入电压为10V时，整个积分电路“7”端的输出 电压变化差值为10V，则由积分电路公式u=-RCt可得。(4) 、脉冲输出电路(F)实现电路：单稳态触发器原理及作用：a、单稳态触发器只有一个稳定状态，一个暂稳态。b、在外加脉冲的作用下，单稳态触发器可以从一个稳定状态翻
5、 转到一个暂稳态。c、由于电路中RC延时环节的作用，该暂态维持一段时间又回 到原来的稳态，暂稳态维持的时间取决于RC的参数值。电路图如下：20 KOhmV.210 k Ohm-VvV-QN TCCTHDE：Dl.T HRRESCON0.01 uF其中R=2.4K、C=0.01uF为单稳态触发器的定时元件，它们的连 接点Vcc=12v与定时器的阀值输入端（6脚）及输出端Vo （7脚） 相连。单稳态触发器输出脉冲宽度tpo=1.1RC。Ri、Ci构成输入回路的微分环节，用以使输入信号Vi的负脉冲 宽度tpi限制在允许的范围内，一般tpi5RiCi，通过微分环节，可使 Vi的尖脉冲宽度小于单稳态触发
6、器的输出脉冲宽度tpo。若输入信号 的负脉冲宽度tpi本来就小于tpo,则微分环节可省略。定时器复位输入端（4脚）接高电平，控制输入端Vm通过0.01uF 接地，定时器输出端out（3脚）作为单稳态触发器的单稳信号输出 端。当输入Vi保持高电平时，Ci相当于断开。输入Vi由于Ri的存在 而为高电平Vcc。此时，若定时器原始状态为0，则集电极输出（7 脚）导通接地，使电容C放电、Vc=0，即输入6脚的信号低于2/3Vcc， 此时定时器维持0不变。若定时器原始状态为1,则集电极输出（7脚）对地断开，Vcc经R向C充电，使Vc电位升高，待 Vc值高于2/3Vcc时，定时器翻转为0态。结论：单稳态触发
7、器正常工作时，若未加输入负脉冲，即Vi保持 高电平，则单稳态触发器的输出Vo 一定是低电平。单稳态触发器的工作过程分为下面三个阶段来分析 触发翻转阶段：输入负脉冲Vi到来时，下降沿经RiCi微分环节在Vi端产生下跳负向尖脉冲，其值低于负向阀值（1/3Vcc）。由于稳态时Vc低于正向阀 值（2/3Vcc），固定时器翻转为1,输出Vo为高电平，集电极输出 对地断开，此时单稳态触发器进入暂稳状态。 暂态维持阶段：由于集电极开路输出端（7脚）对地断开，Vcc通过R向C充电，Vc按指数规律上升并趋向于Vcc。从暂稳态开始到Vc值到达正向阀 值（2/3Vcc）之前的这段时间就是暂态维持时间tpo。 返回恢
8、复阶段：当C充电使Vc值高于正向阀值（2/3Vcc）时，由于Vi端负向尖脉冲 已消失，Vi值高于负向阀值（1/3Vcc），定时器翻转为0，输出低 电平，集电极输出端（7脚）对地导通，暂态阶段结束。C通过7脚 放电，使Vc值低于正向阀值（2/3Vcc），使单稳态触发器恢复稳态。相关参数计算：Tpo=1.1*Ri2*C2=1.1*2.4kQ*10nF=2.64 s，符合实验的要求。（5）、基准源实现电路：三极管开关电路原理及作用：晶体三极管的实际开关特性决定于管子的工作状 态。晶体三极管输出特性三个工作区，即截止区、放大区、饱和区。电路图如下:k Ohm10 k Ohm1 k Ohm10 k Oh
9、m12V如果要使晶体三极管工作于开关的接通状态，就应该使之工作于 饱和区；要使晶体三极管工作于开关的断开状态，就应该使之工作于 截止区，发射极电流iE=0，这时晶体三极管处于截止状态，相当于 开关断开。集电结加有反向电压，集电极电流iC=ICBO,而基极电流 iB=-ICBO。说明三极管截止时，iB并不是为0，而等于-ICBO。基极 开路时，外加电源电压VCC使集电结反向偏置，发射结正向偏置晶体 三极管基极电流iB=0时，晶体管并未进入截止状态，这时iE=iC =ICEO 还是较大的。晶体管进入截止状态，晶体管基极与发射极之间加反向 电压，这时只存在集电极反向饱和电流ICBO，iB =-ICB
10、O, iE=0，为 临界截止状态。进一步加大基极电压的绝对值，当大于VBO时，发射结处于反向 偏置而截止，流过发射结的电流为反向饱和电流IEBO，这时晶体管 进入截止状态iB = -(ICBO+ IEBO)，iC= ICBO。发射结外加正向电 压不断升高，集电极电流不断增加。同时基极电流也增加，随着基极 电流iB的增加基极电位vB升高，而随着集电极电流iC的增加，集 电极电位vC却下降。当基极电流iB增大到一定值时，将出现vBE =vCE 的情况。这时集电结为零偏，晶体管出现临界饱和。如果进一步增大iB，iB增大，使得集电结由零偏变为正向偏置， 集电结位垒降低，集电区电子也将注入基区，从而使集
11、电极电流iC 随基极电流iB的增大而增大的速度减小。这时在基区存储大量多余 电子-空穴对，当iB继续增大时，iC基本维持不变，即iB失去对iC 的控制作用，或者说这时晶体管的放大能力大大减弱了。这时称晶体 管工作于饱和状态。一般地说，在饱和状态时饱和压降VBE(sat )近 似等于0.7V，VCE(sat)近似等于0.3V。给出总体电路图(EWB绘图)I 口 h erm f八ilOkCtvri1 k Ctm注：手绘图见附录五、组装和调试(1) 组装和调试过程A、根据电路图计算出各元器件的大概理论值，选出相应的 元器件。B、根据准确、美观、协调、简洁的原则在电路板上设计总 体电路布局，并连接电路
12、。C、用万用表测量LF353的1号接口的电压，用示波器观察 555定时器的输出波形、输出电压及输出频率的大小。D、 调节第一个滑动变阻器R1，使万用表的示数为10V； 调节第二个滑动变阻器R2,使示波器上的频率为10HZ。继续调节R1使万用表的示数一次为9V、8V、7V、6V、5V、4V、3V、2V、1V，观察示波器上的频率是否依次接近（=20HZ）于 9KHZ、8KHZ、7KHZ、6KHZ、5KHZ、 4KHZ、3KHZ、2KHZ、1KHZ。(2) 组装和调试过程中出现的问题及调整过程:A、在总体布局时，由于不熟练，很多细节无法想到，出现 导线交叉和导线斜着连接的问题，通过对部分元器件做 一
13、些小调整，最终问题得以解决。B、组做好电路并仔细对照电路图检查一遍后，打开电源， 此时，发现通过调节R1，可以使万用表的示数为10V， 而示波器却无波形输出。重新对照电路图检查一遍电 路，并请已经完成设计的同学帮忙检查电路，发现无误 后，确定问题发生在电路中元器件上。用示波器的检测 各节点的输出电压，检测结果如下：由于缺乏一些相关知识，最终自己仍无法找出相关原因。在老师和一些同学的帮助下，发现使用的LF353是 坏的，在更换一个LF353后，即示波器上即能得到输出波 形。C、示波器上能显示正确的输出波形，但输出频率与所需频 率相对误差的绝对值超过20HZ，在滑动变阻器R2与 LF353之间加一
14、个4.7K的定值电阻，及解决该问题。D、本已调试正常，但由于某种原因致使示波器又无波形输 出，通过检查电路，发现滑动变阻器R2连接有松动， 导致电路在R2点出现断路，通过适当移动R2的位置， 电路恢复正常。（3）实验数据记录及处理将实验记录中的两次记录周期取平均值，和理想周期一起转化成频率，如下表所示:v(v4Xkhz)平均值理想值误差（Hz）1010.003610.000003.699.009219.000009.2187.999218.000000.7977.004267.000004.2666.002026.000002.0255.000235.000000.2343.99644.000
15、003.632.996593.000003.4121.997212.000002.7911.002611.000002.61六、所用元器件的编号列表序号兀器件 名大小数量1定值电 阻1.2K1个4.7K1个2.4K1个3.3K1个20K1个1K2个10K4个2滑动变阻器0-10K2个3集成运放LF3531个4三极管1个5二极管1个6稳压管1个7555定时器1个8电容0.01uF2个七、收获、体会和建议（1）、进一步加深了对模电的认知。由于平时对模电的了解大部分只 是来自于课本上的理论知识，即使平时做的一些模电实验也只是 根据已知电路图进行电路的连线，因此，对模电的认知一直处在 很肤浅的地方。而
16、此次课程设计只是给出一些大概的原理及设计 要求，需要自己设计电路图，根据电路图设计电路的布局，然后 对组装好的电路进行调试，这整个过程都极大地提高了我对模电 的综合认知。同时，在这个过程中，让我把模电相关方面知识进 行了一次有效地复习，相信会对自己今后的考研有很大帮助。（2）、认识到自己的不足。在设计的过程中，发现自己以前学过的很 多基本知识都已经忘记，在设计电路图以及在电路组装和调试过 程中也出现各种问题，说明自己的基本知识还不扎实，动手实践 能力还不够，思考问题的角度还不够全面。因此，自己在今后的 学习中，在努力学好理论知识的基础上，应加强动手能力的培养， 只有将理论与实践有效地结合起来才
17、会使知识学的更扎实牢固。（3）、认识到相互学习的重要性。在设计过程中，当自己纠结于某一 个问题，想尽各种可能的方法去解决却无果而终时，内心就会产 生郁闷烦躁的情绪，而这种情绪不但不利于问题的结解决，浪费 时间，还会产生各种不必要的麻烦。然而，此时，向身边的同学 老师请教下，他们的一个很小的提示就会使问题得到有效地解 决。因此，这让我明白了，独立思考，独立去解决问题固然很重要，但必要时应该主动向别人学习。（4）、激发了我对自己专业的学习热情。本来自己觉得现在所学的专 业太过枯燥乏味，想转专业读研。通过这次的设计实验，让我发 觉了其中的乐趣，特别是当自己通过深思熟虑，动手实践，最终 取得实验的成功
18、所获得的喜悦是自己其所未有的。因此，这次设 计其实是给我吃了定心丸，让我坚定了自己以后的研究方向，尽 管自己现在的水平还很低，但我坚信，只要自己有决心去做，任 何时候努力都不晚。八、列出参考文献 模拟电子技术基础童诗白 华成英 主编高等教育出版社 数字电路及系统设计 赵曙光崔葛瑾刘玉英主编 高等 教育出版社Q3电路（第五版） 罗先觉 主编 高等教育出版社 电路、模电、数电上课的相关电子课件 夏世超（同学）的上课笔记九、附录输入电压的波形:小波器-XSCW输出电压波形:志波靠-X&C1时间通道/ai_B2.213 ms2.709 VO.QOQ V2.213 ms2.709 W0.000 V0,000 sO.OQQV0.000 V口 ss口 saT2-T1rn肘间轴比例 50 ug通道比例asa道道E:比例5保触#这沿EE SEIHSLK位置 0Y位置 0Y位置 。电平0V同丽丽度叵回叵叵叵-虫型1正弦II标准1自动H无1Ext. Trigger20
