西工大模电实验报告 电压 频率转换电路

实验报告

实验名称: 电压/频率转换电路

学院: 航海学院 专业: 信息对抗技术 班级: 03051001 姓名: 学号: 同组成员:

一、 实验目的

1) 掌握用仿真软件模拟测试分析电压/频率转换电路。 2) 学习电压/频率转换电路，了解电路工作原理。 3) 学习电路参数的调整。 二、

实验原理

电压/频率转换电路(Voltage Frequency Converter,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，故称为电压控制振荡电路(Voltage Controlled Oscillator,VCO)，简称压控振荡电路。可以认为电压/频率转换电路是一种模拟量到数字量的转换电路。

开关电路 直流电源 积分器 比较器 3.3-1 电压/频率转换框图

本实验的流程框图如图3.3-1所示。根据框图，用两个运算放大器分别组成积分器与比较器，得到电压/频率转换电路，仿真电路如图所示。

图中运算放大器UIA与电容及电阻构成积分电路。UIA的反向输入端电位与

同向输入端电位几乎相等，即

VVR4R3R4Vi (3.3-1)

式中Vi是控制电压，它是正值。将R3=R4带入式(3.3-1)，得

VV12Vi

(3.3-2)

运算放大器UIC与R6,R7构成滞回比较器。当它的输出电压Vo2为低电平时，

三极管截止，此时积分电路中电容充电的电流为

ICViVR1 (3.3-3)

将式(3.3-2)代入式(3.3-3)，得

ICVi2R1 (3.3-4)

R6R6R7

电容充电时，Vo1将逐渐下降。当它下降到Vo1Vo2时，比较器发

生跳转，使得Vo2变为高电平，此时三极管饱和导通，电容开始放电，三极管的集电极与发射极之间的压降很小，一般可忽略不计，因此，电容放电的电流为

I'CIR1IR212ViVR1VR2 (3.3-5)

将式(3.3-2)和R2R1带入式(3.3-5)，得

I'CVi2R1 (3.3-6)

由式(3.3-6)和式(3.3-4)可知，电容放电电流与充电电流的大小基本相等，方

向相反，而且它们的绝对值与控制电压成正比。

电容放电时，Vo1将逐渐上升。当它下降到Vo1R6R6R7Vo2时，比较器发生

跳转，使得Vo2又变为低电平，此时三极管截止，电容开始充电，电容如此反复充放电，因此Vo1为三角波，Vo2为方波。上升到Vo1即

R6R6R7Vo2需要14周期，

Vo1R6R6R7Vo21CT4Vi2R10dtViT2R1C4 (3.3-7)

由式(3.3-7)即可得出振荡频率为

f1TR6R7Vi8R1R6CVo2 (3.3-8)

由式(3.3-8)可知，当电阻与电容值均保持不变时，频率与控制电压的大小成

正比。 三、

实验内容

1) 按照实验原理图连接仿真电路，通过调节电位器即可改变所需输入电压

Vi的大小，且调节范围为0～10V。

2) 调节电位器属性框如图3.3-2所示。通过键“A”与组合键“Shift+A”控制输

入电压Vi的大小，控制精度为0.1%。

图3.3-2 电位器属性框

3) 开始仿真，测量输出电压Vo1与Vo2的值调节电位器，改变控制电压Vi，

测量三极管基极与集电极的电压VB与VC和振荡周期T与控制电压Vi的关系T=F(Vi),填入表3.3-1中。输入电压为2V时，输出Vo1与Vo2波形分别如图3.3-3通道A，B所示。

图3.3-3Vo1与Vo2波形

四、实验结果

表3.3-1 电压/频率转换电路仿真调试记录

Vi/V T/ms VB VC 2 58.100 -11.118V 999.366mV |Vo1|/V |Vo2|/V 波形

3.732 11.117 2.5 46.347 -11.118V 3 36.505 -11.118V 3.5 33.194 -11.118V 4 29.022 -11.118V 4.5 25.774 -11.118V 5 23.208 -11.118V 5.5 21.116 -11.118V 6 19.341 -11.118V 1.252V 1.484V 1.758V 1.990V 2.249V 2.500V 2.748V 3.001V