2025年電力系統(tǒng)頻率與電壓轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告

頻率/電壓變換器試驗(yàn)匯報(bào)(1)本次設(shè)計(jì)函數(shù)發(fā)生器采用試驗(yàn)臺(tái)的函數(shù)波形發(fā)生器。確定可調(diào)范圍設(shè)在200Hz----(2)F/V變換采用集成塊LM331構(gòu)成的經(jīng)典電路。通過(guò)參照書(shū)和匯報(bào)上的指導(dǎo)書(shū)確定(3)反相器采用比例為-1,通過(guò)集成芯片OP07實(shí)現(xiàn)。(4)反相加法器同樣用芯片OPO7實(shí)現(xiàn)，通過(guò)調(diào)整VR的大小。使輸出的電壓在1-5V。(5)采用+-12V電源供電。反相器反相加法器波形f=~2009+R定時(shí)比較器RTS-輸入比較器①Q(mào)①腳是輸出端(恒流源輸出),⑥腳為輸入端(輸入脈沖鏈),⑦腳接比較電平.工作過(guò)程及工作波形如圖所示：ttttt平)。此時(shí)放電管T截止，于是C由Vcc經(jīng)R充電，其上電壓Vct按指數(shù)規(guī)律增大。與此C再次充電。然后，又通過(guò)1.1RC的時(shí)間返回到C、C放電。后來(lái)就反復(fù)上面的過(guò)程，于是在R上就得到一種直流電壓V。(這與電源的整流濾波原理類似),并且V。與輸入脈沖的反復(fù)頻率f成正比。當(dāng)C充放電平均電流平衡時(shí)，得：式中1.90V是LM331內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓(即2腳上的電壓)。于是得：對(duì)于一定的f,要使V。為一定植，可調(diào)整Rs的大小。恒流源電流I容許在10μA~500μA范圍內(nèi)調(diào)整，故Rs可在190kQ~3.8kQ范圍內(nèi)調(diào)整。一般Rs在10kQ左右取用。LM331用作FVC的電路如圖5-1-3所示：由此得V。與f在幾種特殊頻率上的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表所示。表5-1-1Vo和fi的關(guān)系圖中f是通過(guò)微分電路470pF和10kQ加到⑥腳上的。⑥腳上規(guī)定的觸發(fā)電壓是脈沖方(2)反相器反相器的電路如圖5-1-6所示。圖5-1-6由于LM331的負(fù)載電阻RL=100kΩ(見(jiàn)圖5-1-3),因此反相器的輸入電阻應(yīng)為100kQ,(3)反相加法器用反相加法器是由于它便于調(diào)整—--可以獨(dú)立調(diào)整兩個(gè)信號(hào)源的輸出電壓而不會(huì)互相影響。電路如圖5-1-7所示：圖5-1-7技術(shù)規(guī)定若取R?o=Rg=20kQ,則V=-5/9V∴R?=9kΩ,用兩個(gè)18kQ電阻并聯(lián)獲得。平衡電阻Ri?≈Rii//R?//Rg=4.7kQ。圖5-1-8VR=(R?//Rg)/[Rw?+R?+(R?//Rg若取R?=1kΩ,則R?//Rg=0.952kQRw?用10kQ電位器。整機(jī)原理圖中的C?、Cs、C4、C?均為濾波器電容，以防止自激和輸出直流電壓上產(chǎn)生毛刺，電用電位器。容值均為10uF/16V觀測(cè)整機(jī)原理圖有關(guān)點(diǎn)的波形。可在200Hz~Hz內(nèi)的任一頻率上觀測(cè)。Vn應(yīng)為直流電平≈0,幅度≈0.22Vc的正弦波。Vi?應(yīng)為直流電平≈Voc的正負(fù)脈沖。測(cè)量整機(jī)原理圖中有關(guān)節(jié)點(diǎn)的直流電壓首先要保證頻率計(jì)，電壓表完好，即保證測(cè)得的頻率、電壓數(shù)值對(duì)的，將函數(shù)波形發(fā)生器的輸入信號(hào)頻率f,調(diào)到200Hz。此時(shí)Vo?=0.2V。否則調(diào)整Rw?。Vo3=-0.2V。否則調(diào)整R15VR=-5/9V。否則調(diào)整Rw?VR產(chǎn)生的輸出應(yīng)為VR。否則調(diào)整R20。固定電阻的調(diào)整可用一種靠近規(guī)定值的電阻和一種小電阻的電阻串聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)。三：設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)整機(jī)原理圖如下所示：將其中的1C11CL8038部分換成三角波形發(fā)生器，詳細(xì)參數(shù)選擇如下圖所示：在面包板上連接好電路后來(lái)，就行測(cè)試與調(diào)整，環(huán)節(jié)如下所示：四：測(cè)量和調(diào)整調(diào)整應(yīng)遵照由前級(jí)逐層往后進(jìn)行的原則。首先檢查各器件電源腳電壓正常否。線路板上電源正負(fù)極及地必須標(biāo)示明確，以防接錯(cuò)。波形發(fā)生器：調(diào)整使其輸出一周期信號(hào)，頻率可在200Hz到2kHz內(nèi)變化，注意保證一定余量。頻率調(diào)整，波形幅度基本保持不變。A?:2、3和6腳直流電位為零；IC?:見(jiàn)Vn和Vo?的波形；IC?:2腳約為2V直流電位，5腳為脈沖波，周期與Vo?相似，6腳波形見(jiàn)Vi?;A?和A?:2和3腳均為零電位，各自6腳分別見(jiàn)V?3和Vo。(2)觀測(cè)圖中有關(guān)各點(diǎn)波形并記錄其參數(shù)值(選擇1kHz頻率點(diǎn)觀測(cè))。Va為波形發(fā)生器的輸出波形；A?的2、3腳波形及V?波形；Vo1為單極性的正半周方波，幅度≈Vee;Vi?應(yīng)為直流電平≈Vcc的正負(fù)脈沖，IC?的5腳是幅度約為2/3Vcc的脈沖波；Vo2應(yīng)為正直流電壓；Vo3應(yīng)為負(fù)直流電壓；(3)測(cè)量圖中有關(guān)點(diǎn)的直流電壓將波形發(fā)生器的輸出信號(hào)頻率f分別調(diào)到200Hz和Hz;此時(shí)正常時(shí)Vo?=0.2V和2V左右，誤差不大可合適調(diào)整Rws;不行的話，再合適調(diào)整R1?;假如誤差很大，則是有干擾，應(yīng)在圖中虛線處加一代碼為102的電容器;假如仍然不行，則要找出原因，排除故障。Vo3=-0.2V和-2V左右，否則可合適調(diào)整R15;VR≈-0.56V,這里Rws重要是保證V。與否可以到達(dá)設(shè)計(jì)值，調(diào)整Rw使總誤差在給定范圍內(nèi)即可；V?=1V和5V,誤差應(yīng)在控制范圍內(nèi)，否則分別檢查VR、V?3與否符合規(guī)定。最終若總誤差有點(diǎn)超過(guò)則可合適調(diào)整R22;固定電阻的調(diào)整可用相近標(biāo)稱系列電阻替代來(lái)實(shí)現(xiàn)。往上選增長(zhǎng)阻值或往下選減少阻值。附錄(多種此前未曾使用過(guò)的試驗(yàn)器材)為了正確使用集成運(yùn)放，就必須了解它的主要參數(shù)指標(biāo)。集成運(yùn)放的各項(xiàng)指標(biāo)通常是由專用儀器進(jìn)行測(cè)試的，下面以集成運(yùn)放μA741(或F007)為例，介紹一種簡(jiǎn)易的測(cè)試方法。集成運(yùn)放μA741(或F007)的引腳排列如圖12.11所示，它是八腳雙列直插式元件，②腳和③腳分別為反相和同相輸入端，⑥腳為輸出端，⑦腳和④腳為正、負(fù)電源端，①腳和⑤腳為失調(diào)調(diào)零端，①⑤腳之間可接入一只幾十千歐的電位器并將滑動(dòng)觸頭接到負(fù)電源端。⑧腳為空腳。(1)輸入失調(diào)電壓Uos失調(diào)電壓測(cè)試電路如圖12.12所示。閉合開(kāi)關(guān)K?及K?,使電阻Rg短接，測(cè)量實(shí)際測(cè)出的Uo?可能為正，也可能為負(fù)，一般為1～5mV,對(duì)于高質(zhì)量的運(yùn)放(2)輸入失調(diào)電流Ios輸入失調(diào)電流的大小反映了運(yùn)放內(nèi)部差動(dòng)輸入級(jí)兩個(gè)晶電阻Rg接入時(shí)的輸出電壓Uoz,若從中扣除輸入失調(diào)電壓U?s的影響，則輸入失調(diào)電流Ios為：一般，I?s約為幾十至幾百nA(10??A),高質(zhì)量運(yùn)放Ios低于1nA。電壓比較器LM311LM311電壓比較器可從單電源5V起工作最大輸入電流為250nA最大失調(diào)電流為50nA差動(dòng)輸入電壓范圍為±30V最大額定值總電源電壓(V 輸入電壓輸入電壓眼用圖和A應(yīng)用中的們出喘連律址罰TQ-5H算面平兩平衡/選道t.6墻連佳時(shí)裝城座t.6墻連佳時(shí)裝城座畫畫民10秒LM331是美國(guó)NS公司生產(chǎn)的性能價(jià)格比較高的集成芯片，可用作精密頻率電壓轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器、線性頻率調(diào)制解調(diào)、長(zhǎng)時(shí)間積分器及其采用了新的溫度補(bǔ)償能隙基準(zhǔn)電路，在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)和低到4.0V電源電壓下都有極高的精度。LM331的動(dòng)態(tài)范圍寬，可達(dá)100dB;線性度好，最大非線性失真小于0.01%,工作頻率低到0.1Hz時(shí)尚有較好的線性；變換精度高，數(shù)字分辨率可達(dá)12位；外接電路簡(jiǎn)單，只需接入幾個(gè)外部元件就可方便構(gòu)成V/F或F/V等變換電路，中的干擾脈沖，有利于提高轉(zhuǎn)換精度。2.2頻率-電壓變換器由LN331構(gòu)成的頻率-電壓轉(zhuǎn)換電路如圖4所示，輸入脈沖f:經(jīng)R1、C1組成的微分電路加到輸入比較器的反相輸入端。輸入比較器的同相輸入端經(jīng)電阻R2、R3分壓而加有約2Vcc/3的直流電壓，反相輸入端經(jīng)電阻R1加有Vcc的直流電壓。當(dāng)輸入脈沖的下降沿到來(lái)時(shí)，經(jīng)微分電路R1、C1產(chǎn)生一負(fù)尖脈沖疊加到反相輸入端的Vcc上，當(dāng)負(fù)向尖脈沖大于Vcc/3時(shí)，輸入比較器輸出高電平使觸發(fā)器置位，此時(shí)電流開(kāi)關(guān)打向右邊，電流源I.對(duì)電容C充電，同時(shí)因復(fù)零晶體管截止而使電源Vcc通過(guò)電阻R對(duì)電容C.充電。當(dāng)電容C兩端電壓達(dá)到2Vcc/3時(shí)，定時(shí)比較器輸出高電平使觸發(fā)器復(fù)位，此時(shí)電流開(kāi)關(guān)打向左邊，電容C通過(guò)電阻R放電，同時(shí)，復(fù)零晶體管導(dǎo)通，定時(shí)電容C.迅速放電，完成一次充放電過(guò)程。此后，每當(dāng)輸入脈沖的下降沿到來(lái)時(shí)，電路重復(fù)上述的工作過(guò)程。從前面的分析可知，電容C的充電時(shí)間由定時(shí)電路R:、C.決定，充電電流的大小由電流源IR決定，輸入脈沖的頻率越高，電容C上積累的電荷就越多輸出電壓(電容C兩端的電壓)就越高，實(shí)現(xiàn)了頻率-電壓的變換。按照前面推導(dǎo)V/F表達(dá)式的方法，可得到輸出電壓V。與f:的關(guān)系為：電容C1的選擇不宜太小，要保證輸入脈沖經(jīng)微分后有足夠的幅度來(lái)觸發(fā)輸入比較器，但電容C1小些有利于提高轉(zhuǎn)換電路的抗干擾能力。電阻R和當(dāng)輸入脈沖頻率變化時(shí)，輸出響應(yīng)會(huì)快些。這些因素在實(shí)際運(yùn)用時(shí)要綜合考集成運(yùn)算放大