基于Multisim的壓頻轉換電路設計與仿真

方案比較

壓頻轉換電路的目標是將電壓的變化轉換為頻率的變化。電壓/頻率變換器的輸出信號頻率f與輸入電壓u的大小成正比。設計電壓轉換頻電路，就得選擇好的脈沖輸出電路，脈沖電路的輸出采用555芯片，這樣方便設計，成本又低。555集成電路開始是作定時器應用的，所以叫做555定時器或555時基電路。但后來經過開發，它除了作定時延時控制外，還可用于調光、調溫、調壓、調速等多種控制及計量檢測。此外，還可以組成脈沖振蕩、單穩、雙穩和脈沖調制電路，用于交流信號源、電源變換、頻率變換、脈沖調制等。由于它工作可靠、使用方便、價格低廉，目前被廣泛用于各種電子產品中，555集成電路內部有幾十個元器件，有分壓器、比較器、基本R-S觸發器、放電管以及緩沖器等，電路比較復雜，是模擬電路和數字電路的混合體。

對于555芯片的配置，可以將其配置成多諧振蕩器，又可以配置成施密特觸發器。

方案一

將555配置成多諧振蕩器

方案一論證

從F≈1.43／（RA+2RB）C可以看出，只要改變RA或RB的大小就可

以改變頻率。

可以在RA端加個三極管，通過其工作在可變電阻區來實現電流控制電阻的變化，在其基極放置電阻，就能將電壓信號轉換成電流信號，從而由電壓控制頻率。

方案二

將555芯片配置成單穩態觸發器。

方案二論證

由其工作波形可知，Vi控制這Vo輸出，改變Vi的斜率就可改變Vo 的頻率。

所以的設計一個能夠輸出鋸齒波的電路。由此想到用運算放大器和Vo的反饋設計積分電路，來產生鋸齒波電路。

方案確定

通過上面對兩種方案的詳細論述，本次設計選擇第二套設計方案。通過之前章節的分析可知第一套方案雖然簡單，但難達到設計要求，精度和范圍沒有第二套方案好。

系統總體方案框圖如下：

單元電路設計

積分電路設計

積分電路是使輸出信號與輸入信號的時間積分值成比例的電路。最簡單的積分電路由一個電阻R和一個電容C構成，如圖（a）所示。若時間常數RC足夠大，外加電壓時，電容C上的電壓只能慢慢上升。在t<

本次設計中采用運算放大器LM741設計積分電路。LM741是一種應用非常廣泛的通用型運算放大器。由于采用了有源負載，所以只要兩級放大就可以達到很高的電壓增益和很寬的共模及差模輸入電壓范圍。本電路采用內部補償。電路比較簡單不易自激，工作點穩定，使用方便，而且設計了完善的保護電路，不易損壞。LM741可應用于各種數字儀表及工業自動控制設備中。

單穩態觸發電路設計

單穩態觸發器只有一個穩定狀態，一個暫穩態。在外加脈沖的作用下，單穩態觸發器可以從一個穩定狀態翻轉到一個暫穩態。由于電路中RC延時環節的作用，該暫態維持一段時間又回到原來的穩態，暫穩態維持的時間取決于RC的參數值。

其主要特點如下：

①電路在沒有觸發信號作用時處于一種穩定狀態。

②在外來觸發信號作用下，電路由穩態翻轉到暫穩態;

③由于電路中RC延時環節的作用，暫穩態不能長保持，經過一段時間后，電路會自動返回到穩態。暫穩態的持續時間僅取與RC參數值有關。

本次設計采用555定時器實現單穩態觸發器的設計，具體的電路原理圖如下：

恒流源電路設計

恒流源電路可采用開關三極管?T，穩壓二極管?Dz?等元件構成。具體電路如下所示。當?V1’為?0?時，D2，D3?截止，D4?導通，所以積分電容通過二極管?放電。當?V1’為?1?時，D2，?D3?導通，D4?截止，輸入信號對積分電容充電。在單穩態觸發器的輸出端得到矩形脈沖。

Multisim仿真

系統總體仿真圖如圖所示，

運行仿真后可以通過調節積分電路左側的可調電源滑動條來調節輸入電壓。同時雙擊示波器就可以看到波形。當滑動條在左側時，此時輸入的電壓很小，通過示波器可以看到輸出的方波頻率很低。

當我們將滑動條向右調節后，可以從示波器上明顯的看出輸出信號的頻率變大了。

當把滑動條調到最右側，此時輸入電壓為10V，通過示波器可以看到，輸出信號的周期為100us，即頻率為10K。

　　審核編輯：湯梓紅