东北石油大学课程设计任务书
题目 压/频转换器设计 专业 一、主要内容：
1、电路设计：设计一个压/频转换器；画出电路原理图； 确定元器件及元件参数。
2、电路焊接练习：本次课程设计需要完成两个电路焊接任务，电路一，占空比可调的波形发生器；电路二，收音机电路焊接与安装。
二、基本要求：
设计一个压/频转换器，准确地理解有关要求，独立完成系统设计，性能参数和基本要求：
（1）设计压/频转换器，分别讨论采用分立元件设计和采用专用的压/频转换芯片的优势比较；
（2）要求两种方案都要给出电路和原理。
2、给出设计方案，画出设计电路的电路图、写明电路工作原理、有源元件给出芯片介绍。
三、主要参考资料：
[1] 童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].高等教育出版社,2001. [2] 冯民昌.模拟集成电路系统[M].中国铁道出版社,1998. [3] 赵保经.中国集成电路大全[M].国防工业出版社,1985. [4] 王文秀.电子元器件[M].人民邮电出版社,1985.
完成期限 2011.7.3—2011.7.12 指导教师 专业负责人
2011年 7月 3日
课程 电子技术课程设计
姓名 学号
电子技术课程设计（报告）
目 录
第1章 绪论 ........................................................................................................ 1
1.1、课题背景 .............................................................................................. 1 1.2、设计任务和要求分析 .......................................................................... 1 第2章 系统设计方案 ........................................................................................ 2
2.1、基本原理分析 ...................................................................................... 2 2.2、设计方案论证和原理 .......................................................................... 2 第3章 硬件电路设计 ........................................................................................ 3
3.1、各分立元器件介绍 .............................................................................. 3 3.2、单元电路设计 ...................................................................................... 3 3.3、系统硬件电路设计 .............................................................................. 4 第4章 电路焊接练习 ........................................................................................ 4
4.1、波形发生器 .......................................................................................... 4 4.2、收音机 .................................................................................................. 6 总结 ........................................................................................................................ 8 参考文献 ................................................................................................................ 9
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第1章 绪论
1.1、课题背景
电压频率转换器VFC（Voltage Frequency Converter）是一种实现模数转换功能的器件，将模拟电压量变换为脉冲信号，该输出脉冲信号的频率与输入电压的大小成正比。电压频率转换器也称为电压控制振荡电路（VCO），简称压控振荡电路。随电压—频率转换实际上是一种模拟量和数字量之间的转换技术。当模拟信号（电压或电流）转换为数字信号时，转换器的输出是一串频率正比于模拟信号幅值的矩形波，显然数据是串行的。这与目前通用的模数转换器并行输出不同，然而其分辨率却可以很高。串行输出的模数转换在数字控制系统中很有用，它可以把模拟量误差信号变成与之成正比的脉冲信号，以驱动步进式伺服机构用来精密控制。
着现代电子技术渐渐的向着大规模的数字集成电路发展，面对大量的连续变化模拟量例如幅度的变化。难以对其直接分析，但可以先将模拟量转换成数字量，再在研究中都对数字信号（0和1）的直接处理分析的方法，这就需要将信号由模拟到数字进行变换。而本设计‘高精度电压转换器’既：电压—频率转换。其过程即实现了由模拟量到数字量的转换。
在进行数模转换过程中，可以应用的芯片很多，如AD0809、AD574A、LM331等都可以实现数模转换。但人们发现芯片一般输出都是并行输出（独立、同时、同步），但一般的电路对信号的处理都是串行的。但运用电压转换为频率就解决了数模的转换，同时又可以输出串行信号，几乎完全可以替代AD芯片的作用。
另外相对于电压，一个信号的频率更为稳定。大家发现通过讲电压先转换为频率，再测量其频率值，从而即可得到电压的幅度值。所以在测量中不管信号的幅度值有多大，都可以只考虑其转换后所得到的较之更为稳定的频率来代替直接对信号的分析，这样得到的结果精度会更高。
1.2、设计任务和要求分析
1、设计一个压/频转换器，准确地理解有关要求，独立完成系统设计，性能参数和基本要求：
（1）设计压/频转换器，分别讨论采用分立元件设计和采用专用的压/频转换芯片的优势比较；
（2）要求两种方案都要给出电路和原理。
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2、给出设计方案，画出设计电路的电路图、写明电路工作原理、有源元件给出芯片介绍。
第2章 系统设计方案
2.1、基本原理分析
实现电压/频率的转换的方法很多，电压/频率转换电路实际上是一种振荡电路，它的振荡频率随外加控制电压变化而变化。对它的基本要求是输出频率应与输入控制电压成线性关系，且动态范围要大，加上本设计的要求既高精度。一般我们设计电压频率转换的方法大致分为以下几种：
(1) 通过多谐振荡器实现电压频率转换； (2) 通过集成化电路实现电压频率的转换。
2.2、设计方案论证和原理
一、设计思路
压频转换电路主要包括6部分：（1）积分放大器，（2）电压比较器（亦称为精密阈值电压检测器），（3）单稳态触发器，（4）模拟开关，（5）1ｍＡ电流源IN，（6）输出级（晶体管Vr，集电极开路输出），外围元件主要有输出端限流电阻Ｒ，积分电容C，定时电容Ct和输出端上拉电阻Ｒ。其主要流程为：输入信号ｆＩＮ首先经过微分电路Ｃ，Ｒ，ＶＤ变为负脉冲（正脉冲被短路），然后加至比较器的输入端，用下降沿来触发单稳态电路进入一个新的测量周期Ｔ，转换后的直流电压从积分放大器的Ｕｏ端输出，电路增加积分电阻R1，R2，它与Ｃ并联在Ｕｏ端与U-端之间，f/U转换器的输出电压与Rin，Ｃ，ｆ的乘积成正比。
二、总体方案框图：
输入积分 集成输 出 充放电图1 电路总体框图
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三、原理
原理：输入信号ｆＩＮ首先经过微分电路Ｃ，Ｒ，ＶＤ变为负脉冲（正脉冲被短路），然后加至比较器的输入端，用下降沿来触发单稳态电路进入一个新的测量周期Ｔ，转换后的直流电压从积分放大器的Ｕｏ端输出，电路增加积分电阻R1，R2，它与Ｃ并联在Ｕｏ端与U-端之间，f/U转换器的输出电压与Rin，Ｃ，ｆ的乘积成正比。
第3章 硬件电路设计
3.1、各分立元器件介绍
NE５５５：在此设计中此元件是构成单稳态触发器的重要组成部分。NE555的作用范围很广，但一般多应用于单稳态多谐振荡器（Monostable Mutlivibrator）及无稳态多谐振荡器（Astable Multivibrator）。只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是它的输出电平及输入触发电平，均能与这些系列逻辑电路的高、低电平匹配。其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。
芯片介绍：AD650是美国ANALOG DEVICES公司推出的高精度电压频率(V/F)转换器，它由积分器、比较器、精密电流源、单稳多谐振荡器和输出晶体管组成。该电路在±15V电源电压下，功耗电流小于15mA，满刻度为1MHz时其非线性度小于0.07％。AD650既能用作电压频率转换器，又可用作频率电压转换器。可广泛用于通讯、仪器仪表、雷达、远距离传输等领域。它由积分器、比较器、精密电流源、单稳多谐振荡器和输出晶体管构成。输入信号电流可直接由电源提供，亦可由电阻(R1＋R3)端输入电压产生。由1mA内部电流源开关控制，以精确脉冲提供的内部反馈电流使这种电流源精确平衡。这种电流脉冲可看成是由精密的电荷群构成。出三极管每产生一个脉冲所需要的电荷群数量依赖于输入电流信号的幅度。由于每单位时间传递到求和点的电荷数量对输入信号电流幅度呈线性函数关系，所以可实现电压－频率转换。其特征频率fOUT正比于VIN，并与电路中的阻容值有关。由于电荷平衡式结构对输入信号作连续积分，所以具有优良的抗噪声性能。
3.2、单元电路设计
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电压比较器电路：电压比较器可以看作是放大倍数接近“无穷大”的运算放大器。电压比较器的功能：比较两个电压的大小(用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系)： 当”＋”输入端电压高于”－”输入端时，电压比较器输出为高电平； 当”＋”输入端电压低于”－”输入端时，电压比较器输出为低电平。
积分放大器电路：可以改变波形。方波变为锯齿波；正弦波相位变化，阶跃信号变为下降信号。
单稳态触发器电路：由NE555加上电阻、电容等构成，.单稳态触发器只有一个稳定状态，一个暂稳态。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转到一个暂稳态。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。
输出级：由一个三极管构成。输出端接上拉电阻。
3.3、系统硬件电路设计
图2 基本原理图
压频转换电路主要包括6部分：（1）积分放大器，（2）电压比较器（亦称为精密阈值电压检测器），（3）单稳态触发器，（4）模拟开关，（5）1ｍＡ电流源IN，（6）输出级（晶体管Vr，集电极开路输出），外围元件主要有输出端限流电阻Ｒ，积分电容C，定时电容Ct和输出端上拉电阻Ｒ。
第4章 电路焊接练习
4.1、波形发生器
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一、电路图
图3 波形发生器电路图
二、基本原理
IC1为阈值检测器，IC2为积分器，它的输出为三角波。IC1输出正向电压使IC2输出负向三角波。当负向三角波达到某一值时其正反馈量使IC1翻转，输出变为负，从而引起IC2输出正向三角波。由此周而复始，IC1的输入偏置电压和输出饱和电压决定三角波的幅值。IC3为电压跟随器，100K电位器提供可变的参考电压。改变参考电压可改变比较器输出脉冲的占空比，而且输出频率不变。调节10K的变阻器可改变比较器输出脉冲频率。输出波形为方波 ，改变滑动变阻器的阻值可以改变占空比。
三、焊接情况及总结
本次焊接任务完成的非常完美，这归功于前几次的焊接练习和指导老师的指导。本次焊接的是波形发生器，有一个芯片和几个电阻构成，相比前几次焊接练习，此次相对简单一些（元件数目少）,而且这次实验我了解了该芯片的内部结构，例如芯片的4引脚和11引脚分别输入+12V和-12V正弦交流电压时，输出的波形为方波，调节103可变电阻时，可调节方波的周期，即方波的频率，调节105可变电阻可调节输出波形的占空比，使得一部分空间变大，一部分空间变小。
在此次的焊接练习中，我又积累了一些焊接经验，例如如何使各引脚之间互不短路，怎样焊接的光滑明亮，怎样在焊接时准确的定位，怎样避免把极性电容由于过热而击穿，怎样避免焊接错位子。在焊接练习过程中，我们要格外谨慎，避免出错误。安装过程使我知道了电子产品的装配流程，还学会了电子元器件的识别及质量检测，知道了整机的装配工艺。但是在整个焊接过程中也出现了不少
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问题，例如把电阻的引脚焊接错、极性电容的正负极弄反等等，这些都是我今后应该避免的。
此次的焊接使我受益匪浅，由于现在及时的发现了许多错误，让我在今后的焊接中避免了许多错误，为我今后的焊接打下了良好的基础，同时也使我养成了细心的性格，为我以后在工作岗位上更好的学习和工作打下了坚实的基础和良好的铺垫。
4.2、收音机
一、电路图
图4 收音机原理图
二、基本原理
就是把从天线接收到的高频信号经检波（解调）还原成音频信号，送到耳机或喇叭变成音波技进步，由于天空中有了很多不同频率的无线电波。如果把这许多电波全都接收下来，音频信号就会象处于闹市之中一样，许多声音混杂在一起，结果什么也听不清了。为了设法选择所需要的节目，在接收天线后，有一个选择性电路，它的作用是把所需的信号（电台）挑选出来，并把不要的信号“滤掉”，以免产生干扰，这就是我们收听广播时，所使用的“选台”按钮。 选择性电路的输出是选出某个电台的高频调幅信号，
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利用它直接推动耳机（电声器）是不行的，还必须把它恢复成原来的音频信号，这种还原电路称为解调，把解调的音频信号送到耳机，就可以收到广播。 最简单收音机称为直接检波机，但从接收天线得到的高频无线电信号一般非常微弱，直接把它送到检波器不太合适，最好在选择电路和检波器之间插入一个高频放大器，把高频信号放大。即使已经增加高频放大器，检波输出的功率通常也只有几毫瓦，用耳机听还可以，但要用扬声器就嫌太小，因此在检波输出后增加音频放大器来推动扬声器。 高放式收音机比直接检波式收音机灵敏度高、功率大，但是选择性还较差，调谐也比较复杂。把从天线接收到的高频信号放大几百甚至几万倍，一般要有几级的高频放大重新调整，而且每次调整后的选择性和通带很难保证完全一样，为了克服这些缺点，现在的收音机几乎都采用超外差式电路。 超外差的特点是：被选择的高频信号的载波频率，变为较低的固定不变的中频(465KHz)，再利用中频放大器放大，满足检波的要求，然后才进行检波。在超外差接收机中，为了产生变频作用，还要有一个外加的正弦信号，这个信号通常叫外差信号，产生外差信号的电路，习惯叫本地振荡。在收音机本振频率和被接收信号的频率相差一个中频，因此在混频器之前的选择电路，和本振采用统一调谐线，如用同轴的双联电容器(PVC)进行调谐，使之差保持固定的中频数值。由于中频固定，且频率比高频已调信号低，中放的增益可以做得较大，工作也比较稳定，通频带特性也可做得比较理想，这样可以使检波器获得足够大的信号，从而使整机输出音质较好的音频信号。
广播电台播出节目是首先把声音通过话筒转换成音频电信号，经放大后被高频信号（载波）调制，这时高频载波信号的某一参量随着音频信号作相应的变化，使我们要传送的音频信号包含在高频载波信号之内，高频信号再经放大，然后高频电流流过天线时，形成无线电波向外发射，无线电波传播速度为3×10的8次方米每秒，这种无线电波被收音机天线接收，然后经过放大、解调，还原为音频电信号，送入喇叭音圈中，引起纸盆相应的振动，就可以还原声音，即是声电转换传送——电声转换的过程。
三、焊接情况及总结
今天我们焊接了一个收音机。收音机的元件的特别多，所以需要我们格外的小心。刚开始时焊接的非常顺利，每个电阻电容都能完美的焊接在电路板上，后来由于焊接的过快再加上自己的不注意导致了几个电阻焊接在错误的地方，后来发现了错误，并改正过来，自己也变得格外小心。此次焊接最难的部分莫过于焊接收音
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机芯片啦！此芯片有28个引脚，每个引脚的焊接部分不过一毫米大小，焊接此引脚是对人耐心和细心的考验，最后我经受住了考验，成功的焊接收音机，并且收音效果非常好。
总结
本学期我们学习了《模拟电子技术》这本书，此次课程设计是对模拟电子技术知识的应用，加深了我对该学科相关知识的认识，对今后所要学习的后续专业课程做了铺垫。
我的本次课程设计的设计内容为压频转换器。刚开始时，我不能把所学的模拟电子技术知识应用在所做课题上，后来经过咨询指导老师和查阅相关资料，慢慢地了解了一些。压频转换为把输入电压转化为一定频率值。该课程设计用到的都是模电课本里的知识，完成这个设计后，我不仅在一定程度上了解了本学科的实际应用，而且加深了课本知识的理解。
在电路焊接的两个实验中，我学会了基本的焊接技术，并学到了许多关于电子产品的相关知识。例如在收音机的焊接、安装过程使我知道了电子产品的装配流程，还学会了电子元器件的识别及质量检测，知道了整机的装配工艺。但是在整个焊接过程中也出现了不少问题，例如把电阻的引脚焊接错、极性电容的正负极弄反等等，这些都是我今后应该避免的。
总的来说在这次的课程设计中，我还是受益匪浅的。电子技术课程设计并不是想象那么容易，把理论知识用于的实践的工程暴露了许多方面的不足，但这也是一个对补充理论知识的一个极佳的契机。接下来的焊接实验使我体会到实际动手和书本知识上的差别，不仅使我不局限于书本上，而且对我们所学专业有了更加深刻的了解。这两项实践让我学到了很多在课本、课堂上学不到的东西，打开了视野增长了见识，更重要的是为以后走向工作岗位面向社会提供了一个不断学习、不断提高自己，在实践中锻炼自己的机会。
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参考文献
[1] 刘国钧，陈绍业，王凤翥.图书馆目录[M].北京：高等教育出版社，1957.15-18. [2] 刘润华,刘立山.模拟电子技术[J].自动化,2003.
[3] 夏路易，石宗义.protel 99 se[M].北京：北京新希望出版社 [4] 童诗白，华成英. 模拟电子技术[M].北京：高等教育出版社 [5] 冯民昌.模拟集成电路系统[M].中国铁道出版社,1998 [6] 王文秀.电子元器件[M].人民邮电出版社,1985.
[7] 赵保经.中国集成电路大全[M].国防工业出版社,1985. [8] 邱关源.电路[M].北京:高等教育出版社. [9] 阎石.数字电路基础[M].北京:高等教育出版社.
[10] 刘润华,刘立山.数字电子技术[M].山东:石油大学出版社,2003.
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