电压—频率转换电路
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dcdc工作频率DCDC工作频率是指直流变直流转换器(DC-DC converter)在工作过程中的开关频率。
DC-DC转换器是一种电子设备,用于将直流电压转换为不同电压级别的直流电压。
工作频率是指在开关过程中开关的频率,通常以赫兹(Hz)为单位表示。
DC-DC转换器的工作频率是由开关器件的特性和电路设计决定的。
常见的DC-DC转换器类型包括降压(Buck)转换器、升压(Boost)转换器和反激(Flyback)转换器等。
不同类型的转换器在工作频率上可能存在差异。
首先,降压转换器通常具有较高的工作频率,通常在几十千赫茨到几百千赫茨之间。
这是因为降压转换器的输出电压低于输入电压,需要通过高频开关来实现高效率的能量转换。
常见的应用包括电源管理、LED照明和电动汽车等。
其次,升压转换器的工作频率通常较低,通常在几千赫茨到几十千赫茨之间。
这是因为升压转换器需要通过较低的工作频率来实现高电流输出。
升压转换器常见的应用包括液晶显示器背光、太阳能充电控制和电动汽车充电等。
另外,反激转换器的工作频率通常较低,一般在几十千赫茨到几百千赫茨之间。
反激转换器使用变压器来实现电压转换,需要通过较低的工作频率来满足变压器的设计要求。
反激转换器广泛应用于电源适配器、电动汽车充电和太阳能逆变器等领域。
此外,DC-DC转换器的工作频率还受到一些其他因素的影响,如输入电压范围、输出电压范围、负载要求和电路设计的复杂性等。
设计工程师需要综合考虑这些因素,以在满足性能要求的前提下选择合适的工作频率。
总之,DC-DC转换器的工作频率与转换器类型、应用领域和设计要求等因素密切相关。
不同类型的转换器具有不同的工作频率范围,工程师在设计过程中需要平衡能量转换效率和电路复杂性,选择合适的工作频率。
自动检测中获取频率信号的方法摘要:在微机测控系统中往往需要将被测信号(传感器信号)转换为频率信号。
获取频率信号的常用方法是使用集成电压/频率变换器(VFC),但集成VFC有一些明显的局限。
本文讨论了集成VFC的特点,以及在微机测控系统中获取频率信号的几种实用方法,恰当选用这些方法既能满足微机测控系统的应用需要,又能克服集成VFC的某些应用局限。
关键词:自动检测;频率信号;传感器;555定时器;锁相环Automatic detection for the method of frequency signalAbstract:It is very useful for measuring and controlling systems with microcontrollers to convert sensor signals into frequency signals. The integrated voltage-to-frequency converters are commonly used for this purpose. The integrated voltage-to-frequency converters have some significant limitations of performance and cost. In a microcomputer measurement and control system is discussed in this paper to obtain frequency signal of several practical methods (VFC) without integration and its characteristics, appropriate chooses these methods can not only meet the needs of the application of microcomputer measurement and control system, and integration of VFC some application limitation can be overcome.Key words:Automatic detection; Frequency signal; sensor; 555 timer; phase-locked loop (PLL)1 引言由于频率信号具有很多重要优点,如抗干扰性好、便于远距离传送输、送入微处理器时输入灵活、接口简单、占用I/O口资源少,因而在微机测控系统中有重要应用。
第一讲:1、传感器是一种将特定的被测信号按照一定的规律转换为可用输出信号的装置,它主要由敏感元件和转换元件组成。
2、基本型现代检测系统一般包括传感器、信号处理、数据采集、计算机、输出显示等五部分。
3、传感器技术发展趋势及重点研究开发主要体现在高精确度、小型化、集成化、多功能化、智能化等方面。
4、检测技术的发展主要体现在①不断拓展测量范围,努力提高检测精度和可靠性②传感器逐渐向集成化、组合式、数字化方向发展③重视非接触式检测技术研究④检测系统智能化等方面。
5、一个完整的检测过程包括信息数据采集、信号处理、信号传输、信号记录、信号显示等方面。
6、现代检测系统的基本结构大致可分为智能仪器、个人仪器和自动测试系统等三类。
7、传感器按能量关系可分为能量变换型和能量控制型两类。
8、传感器按输出量可分为模拟式和数字式两类。
9、智能传感器一般具有①自校零、自标定、自矫正②自动补偿③自动采集数据。
并对数据进行预处理④自动进行检测、自选量程、自寻故障⑤数据存储、记忆与信息处理功能⑥双向通讯、标准化数字输出或符号输出等功能。
第二讲:1.仪表的精度等级是指仪表的()A.绝对误差B.最大误差 C.相对误差 D.最大引用误差2.属于传感器动态特性指标的是( )A.重复性B.线性度C.灵敏度D.固有频率3.按照分类,阈值指标属于( )A.灵敏度B.静态指标C.过载能力D.量程4.与价格成反比的指标是( )A.可靠性B.经济性C.精度D.灵敏度5.属于传感器静态指标的是( )A.固有频率B.临界频率C.阻尼比D.重复性6. 属于传感器动态特性指标的是( )A.量程B.过冲量C.稳定性D.线性度7.传感器能感知的输入变化量越小,表示传感器的( )A.线性度越好B.迟滞越小C.重复性越好D.灵敏度越高8.传感器的灵敏度越高,表示传感器( )A.线性度越好B.能感知的输入变化量越小C.重复性越好D.迟滞越小9.传感器的标定是在明确传感器的输入与输出关系的前提下,利用某种( )对传感器进行标定。
频率/电压转换芯片LM2917在流量测试中的应用摘要:本文介绍了一种以LM2917芯片作为频率/电压转换器的实时流量测试方法,该测试方法能够满足流量快速变化条件下的精确测量要求。
关键词:流量测试、频率电压转换、LM2917一、引言在工业应用中,有很多场合需要获得产品或者系统的流量曲线。
如在某些燃油系统中需获得加油活门的关闭曲线以精确测量活门的关闭时间并且精确计算加油量;在液压系统中需要获得减压阀出口的减压压力随控制流量变化的特性曲线等。
这些场合下的流量变化较快,如加油活门的关闭时间一般仅2s~6s,并且需要获得精确的特性曲线。
这时采用带有标准变送输出的仪表或者选用带有标准电流输出功能的放大器均不能满足要求。
本文以采用涡轮流量传感器的流量测试系统为例,介绍了一种以LM2917芯片作为频率/电压转换器的实时流量测试方法,该方案利用常用元器件和仪器即可实现,成本较低,并在实际应用中取得了良好效果。
二、常用流量测试系统原理和局限常用的流量测试系统由涡轮流量传感器、信号放大器以及流量积算仪表等组成。
该系统的工作原理如下:当被测流体流经传感器时,传感器内的叶轮借助于流体的动能而产生旋转,叶轮即周期性地改变磁电感应系统中的磁电阻,使通过线圈的磁通量周期性地发生变化而产生电脉冲信号,经放大器放大后传送至流量积算仪表进行流量显示或积算。
流量仪表一般是采用计频法计算流量的,通过对一定时间内的电脉冲信号进行计数来确定该段时间内的流量值。
传感器产生的脉冲频率和流过传感器的体积满足(1)式:流量(L/h)=3600*频率(Hz)/ K (1)其中K是流量传感器的仪表常数。
以LWGY-80涡轮流量传感器为例,如仪表常数K=11,在流量为32400L/h时,按(1)式可得出频率为99Hz,此时传感器产生的脉冲输出频率较低。
利用以上关系式,流量积算仪表可以得出流量值并加以显示。
如果需要获得一段时间内的流量曲线可选用带有变送输出的流量积算仪表,用仪表的变送输出来绘制或显示曲线。
调频基本原理及基本电路分析1.调频基本原理产生调频信号的方式很多,总体来看主要是两种,一种是直接调频;一种是间接调频。
(1)直接调频由调频的定义,我们知道调频波的频率是与调制信号成线性关系,调频波的频率变化量是与调制信号成正比的,因而可以将调制信号作为载波压控振荡器的控制电压,使其产生的振荡频率随调制信号成线性变化。
这种调频方式叫做直接调频。
在LC正弦波振荡器中,由于其振荡频率主要取决于振荡回路的电感量和电容量,所以在振荡回路中接入可控电抗元件,就可以实现直接调频。
(2)间接调频间接调频主要是利用调频波和调相波的数学描述之间的关系。
变容二极管直接调频电路用变容二极管取代振荡回路中的电容C,以完成调制信号控制载波振荡器瞬时频率的作用的电路叫做变容二极管直接调频电路。
1.电路原理图10.9是一个变容二极管直接调频电路的原理图。
该电路本是变压器耦合反馈式正弦波振荡回路,L1C1回路是振荡器的主谐振回路,若没有图中虚线右边的电路,则该谐振回路决定了振荡器的振荡频率但该电路中在L1C1谐振回路中并联了一个变容二极管D,因而fo应由L1、C1及Cj共同决定,如图中虚线右边电路所示。
电路中C2是耦合电容,C3是高频及调制信号uΩ(t)的旁路电容,L2是高频扼流圈用以让uΩ(t)通过。
电源E 用以给变容二极管D提供反偏直流电压,uΩ(t)是调制信号。
下面我们通过分析该电路来阐述变容二极管调频电路的工作原理。
变容二极管是利用半导体PN结的结电容随反向电压变化这一特性而制成的一种半导体二极管,它是一种电压控制可变电抗元件,变容二极管的结电容Cj与反向电压uΩ(t)的关系见下式:下面我们来阐述该电路的具体工作原理:设调制信号为uΩ(t),反向直流偏压Uo=UCC-E,则二极管反向电压为ur(t)=U0+uΩ(t),因为∣Uo︱>︱uΩmax︱,所以二极管一直保持处于反偏状态。
此时,二极管等效电容Cj为:当调制信号作用于变容管端,如图10.10(b)所示,就会使变容管的结电容Cj在C0的基础上随uΩ(t)变化,经逐点作图,可得Cj随时间变化的曲线,如图10.10(c)所示。
电压-频率变换器LM331LM331是美国NS公司生产的性能价格比较高的集成芯片。
LM331可用作精密的频率电压(F/V)转换器、A/D转换器、线性频率调制解调、长时间积分器以及其他相关的器件。
LM331为双列直插式8脚芯片,其引脚如图3所示。
LM331内部有(1)输入比较电路、(2)定时比较电路、(3)R-S触发电路、(4)复零晶体管、(5)输出驱动管、(6)能隙基准电路、(7)精密电流源电路、(8)电流开关、(9)输出保护点路等部分。
输出管采用集电极开路形式,因此可以通过选择逻辑电流和外接电阻,灵活改变输出脉冲的逻辑电平,从而适应TTL、DTL和CMOS 等不同的逻辑电路。
此外,LM331可采用单/双电源供电,电压范围为4~40V,输出也高达40V。
IR(PIN1)为电流源输出端,在f0(PIN3)输出逻辑低电平时,电流源IR输出对电容CL充电。
引脚2(PIN2)为增益调整,改变RS的值可调节电路转换增益的大小。
f0(PIN3)为频率输出端,为逻辑低电平,脉冲宽度由Rt和Ct决定。
引脚4(PIN4)为电源地。
引脚5(PIN5)为定时比较器正相输入端。
引脚6(PIN6)为输入比较器反相输入端。
引脚7(PIN7)为输入比较器正相输入端。
引脚8(PIN8)为电源正端。
LM331频率电压转换器V/F变换和F/V变换采用集成块LM331,LM331是美国NS公司生产的性能价格比较高的集成芯片,可用作精密频率电压转换器用。
LM331采用了新的温度补偿能隙基准电路,在整个工作温度范围内和低到4.0V电源电压下都有极高的精度。
同时它动态范围宽,可达100dB;线性度好,最大非线性失真小于0.01%,工作频率低到0.1Hz时尚有较好的线性;变换精度高,数字分辨率可达12位;外接电路简单,只需接入几个外部元件就可方便构成V/F或F/V等变换电路,并且容易保证转换精度。
图2是由LM331组成的电压频率变换电路,LM331内部由输入比较器、定时比较器、R-S触发器、输出驱动、复零晶体管、能隙基准电路和电流开关等部分组成。
模拟电路课程设计报告设计课题:电压/频率转换电路专业班级:09电信本学生:赖新学号:090802016指导教师:曾祥华设计时间:二0一一年一月一日目录一、设计任务与要求二、方案设计与论证1、方案一:电荷平衡式电路2、方案二:复位式电路三、单元电路设计与参数计算1、±12V直流稳压电源2、积分器3、滞回比较器四、总原理图及元器件清单五、安装与调试六、性能测试与分析1、直流源的性能测试与分析2、电压—频率转换电路的性能测试与分析七、结论与心得八、参考文献附:物理与电子信息学院模拟电路课程设计成绩评定表电压/频率转换电路一、设计任务与要求①将输入的直流电压(10组以上正电压)转换成与之对应的频率信号。
②用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源(±12V)。
(提示:用锯齿波的频率与滞回比较器的电压存在一一对应关系,从而得到不同的频率.)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在很短时间放电的电荷量等于iI在较长时间充电的电荷量。
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)±12V直流稳压电源根据其设计流程图:采用桥式整流电容滤波集成稳压块正负直流电源电路,原理图如下:直流电源四个组成部分分析:1、电源变压器。
其电路图如下:由于要产生±12V的电压,所以在选择变压器时变压后副边电压u2应大于24V,由现有的器材可选变压后副边电压u2为15V的变压器。
2、整流电路。
其电路图如下:桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性,将四个二极管分为两组,根据变压器副边电压的极性分别导通,将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连,负极性端与负载电阻的下端相连,使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。
3、滤波电路。
其电路图如下:滤波电容容量较大,一般采用电解电容器。
电容滤波电路利用电容的充放电作用,使输出电压趋于平滑。
滤波电路输出电压波形如下:4、稳压电路。
我们知道,三端式稳压器由启动电路、基准电压电路、取样比较放大电路、调整电路和保护电路等部分组成。
调成管决定输出电压值。
由于本课程设计要求±12V 的输出电压,所以我们选用7812和7912的三端稳压管(二)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:(三)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 。
2)工作原理及传输特性当输入电压U I 从零逐渐增大,且U ≤+U T 时,U o =+ Uz ,+U T 称为上限阀值电平。
Z211T U R R R U +±=±当输入电压Ui=+U T ,Uo = - Uz 。
--U T 称为下限阀值电平。
当Ui 逐渐减小,且Ui= --U T 以前,Uo 始终等于- Uz ,因此出现了如图所示的滞回特性曲线:回差电压U ∆:ZU R R R U U U 212T T 2)(+=--+=∆3)特点及应用抗干扰能力较强。
一般用于波形的形成和变换。
四、总原理图及元器件清单总原理图如下:(1)电压—频率转换电路(2)桥式整流电容滤波集成稳压块±12V 直流电源元器件清单如下:五、安装与调试(一)安装依据已设计出的电路图,合理地在电路板上布局,拉线。
在安装的过程中注意以下几点:1、大电解电容的正负极不能接反;2、uA741的各管脚不能接错;3、三端稳压管三个端的作用一定要分清;4、二极管的正负极要辨清;5、焊时拉线要直,焊点应均匀。
(二)调试Ⅰ、直流源动态调试将变压器插头插至220V交流电后,开始测变压器的副边电压U2及滤波输出电压U1、U2还有稳压管输入电压Ui1和Ui2,最后测试Uo1和Uo2。
这几个步骤应按顺序进行,若其中某一个步骤出现问题,应及时停下进程,切断电源,查找和想法排解故障。
Ⅱ、电压—频率转换电路动态调试1、先用仿真软件将原理图仿真,观察其是否符合理论结果。
仿真结果如下:可知原理图符合实验要求,达到预期结果。
2、实验箱调试首先连接好电路,用示波器观察输出波形,若波形正确则说明电路正确。
然后改变不同的输入电压值、用函数信号发生器测其输出电压频率,若电压频率与理论值基本符合则说明电路符合要求。
若不符合则应逐级检查、逐级调整,直至符合要求。
经过调试,我们获得了成功,进一步肯定我们方案的正确性。
六、性能测试与分析(一)直流源性能测试与分析Ⅰ、直流源性能测试在调试成功后,我们开始测试直流源各组成部分的输入及输出电压。
具体过程如下:a、用万用表交流档测试副边电压U2,结果:U2+=14.8V,U2-=-14.8V;b、用万用表直流档测试滤波输出电压,结果:Uo+=17.8V,Uo-=-17.9V;c、用万用表直流档测试稳压管输入电压,结果:Uo+=17.8V,Uo-=-17.9V;d、用万用表直流档测试稳压管输出电压,结果:Uo+=11.9V,Uo-=-12.0V;Ⅱ、直流源数据处理及误差分析:数据处理:理论值:变压器的副边电压: U2+=+15V U2-=-15V;滤波输出电压: Uo+=+18V Uo-=-18V;稳压输入电压: Uo+=+18V Uo-=-18V;稳压后输出电压: Uo+=+12V Uo-=-12V。
=|14.8-15|/15×100%=1.33%变压器副边:η1=|17.8-18|/18×100%=1.11%滤波输出(稳压输入):η2=|-17.9+18|/18×100%=0.56%η3稳压电压:η4=|11.9-12|/12×100%=0.83%η5=|-12.0+12|/12×100%=0(二) 电压—频率转换电路性能测试与分析Ⅰ、电压—频率转换电路性能测试a、在输入端加入直流信号12v,,用示波器观察输出波形b、用函数信号发生器将输入的直流电压(10组正电压)转换成与之对应的频率信号Ⅱ、电压—频率转换电路数据处理及误差分析:由公式:f=R2*|Ui|/(2R1*RW*C*UZ)可计算出电压频率。
数据处理:(三)误差原因分析1)集成块不是理想的集成块;2)电子元器件存在缺陷,不是标准数值,比如电阻电容不够理想等;3)电路之间的连线不是理想的,有电阻,使实验存在误差;4)直流电源输出不是标准的正负12V。
5)焊接的电路板有焊点的接触性不好。
6)读取数据时由于人的感官误差和视觉误差。
7)参数设计的不是很标准。
8) 信号源带负载能力差。
9)外界环境的影响导致误差。
七、结论与心得(一)实验结论直流电源:(1)桥式整流电路由四只二极管组成,保证了在变压器副边电压的整个周期,负载上的电压和电流方向始终不变。
(2)电容滤波电路是利用电容的充放电作用,使输出的电压趋与平滑。
(3)在稳压管稳压电路中,只能使稳压管工作在稳压区,输出电压才能得到基本稳定。
电荷平衡式电压-频率转换电路:(1)电荷平衡式电压-频率转换电路是由积分器和滞回比较器组成的电路。
(2)通过该电路能够实现电压-频率的转换。
(3)在输出波形不失真的围,f 与I U 是成正比的关系,f 随I U 的增大而增大。
(二)心得通过此次模电电荷平衡式电压-频率转换电路课程设计,加强了我对模拟电子技术这门课程的理解,对其应用有了一定的认识,提高了我们综合运用知识的能以及分析问题、解决问题的能力。
此次模拟电子技术课程设计,让我懂得了实践的重要性。
即使课本知识掌握的很好,如果不会综合运用,也是一些支离破碎的无用的知识,而如果能够运用而实际动手能力很差,理论与实践结合不起来,学得再好也没用。
这次课程设计恰好是将课本知识与的巩固与综合运用结合来,再加上实际动手能力的培养三者结合起来的。
一方面,它加深与巩固了所学的各章节的理论,并将其综合运用,提高了我们综合运用知识的能力;另一方面,培养了我们对专业知识学习的趣。
课程设计中出现了很多问题。