2025年電力系統(tǒng)頻率與電壓轉換實驗研究報告

頻率/電壓變換器試驗匯報(1)本次設計函數(shù)發(fā)生器采用試驗臺的函數(shù)波形發(fā)生器。確定可調范圍設在200Hz----(2)F/V變換采用集成塊LM331構成的經典電路。通過參照書和匯報上的指導書確定(3)反相器采用比例為-1,通過集成芯片OP07實現(xiàn)。(4)反相加法器同樣用芯片OPO7實現(xiàn)，通過調整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定時比較器RTS-輸入比較器①Q①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.工作過程及工作波形如圖所示：ttttt平)。此時放電管T截止，于是C由Vcc經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1.1RC的時間返回到C、C放電。后來就反復上面的過程，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。與輸入脈沖的反復頻率f成正比。當C充放電平均電流平衡時，得：式中1.90V是LM331內部的基準電壓(即2腳上的電壓)。于是得：對于一定的f,要使V。為一定植，可調整Rs的大小。恒流源電流I容許在10μA~500μA范圍內調整，故Rs可在190kQ~3.8kQ范圍內調整。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應關系如下表所示。表5-1-1Vo和fi的關系圖中f是通過微分電路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的負載電阻RL=100kΩ(見圖5-1-3),因此反相器的輸入電阻應為100kQ,(3)反相加法器用反相加法器是由于它便于調整—--可以獨立調整兩個信號源的輸出電壓而不會互相影響。電路如圖5-1-7所示：圖5-1-7技術規(guī)定若取R?o=Rg=20kQ,則V=-5/9V∴R?=9kΩ,用兩個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生毛刺，電用電位器。容值均為10uF/16V觀測整機原理圖有關點的波形?？稍?00Hz~Hz內的任一頻率上觀測。Vn應為直流電平≈0,幅度≈0.22Vc的正弦波。Vi?應為直流電平≈Voc的正負脈沖。測量整機原理圖中有關節(jié)點的直流電壓首先要保證頻率計，電壓表完好，即保證測得的頻率、電壓數(shù)值對的，將函數(shù)波形發(fā)生器的輸入信號頻率f,調到200Hz。此時Vo?=0.2V。否則調整Rw?。Vo3=-0.2V。否則調整R15VR=-5/9V。否則調整Rw?VR產生的輸出應為VR。否則調整R20。固定電阻的調整可用一種靠近規(guī)定值的電阻和一種小電阻的電阻串聯(lián)來實現(xiàn)。三：設計環(huán)節(jié)整機原理圖如下所示：將其中的1C11CL8038部分換成三角波形發(fā)生器，詳細參數(shù)選擇如下圖所示：在面包板上連接好電路后來，就行測試與調整，環(huán)節(jié)如下所示：四：測量和調整調整應遵照由前級逐層往后進行的原則。首先檢查各器件電源腳電壓正常否。線路板上電源正負極及地必須標示明確，以防接錯。波形發(fā)生器：調整使其輸出一周期信號，頻率可在200Hz到2kHz內變化，注意保證一定余量。頻率調整，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Vi?;A?和A?:2和3腳均為零電位，各自6腳分別見V?3和Vo。(2)觀測圖中有關各點波形并記錄其參數(shù)值(選擇1kHz頻率點觀測)。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?應為直流電平≈Vcc的正負脈沖，IC?的5腳是幅度約為2/3Vcc的脈沖波；Vo2應為正直流電壓；Vo3應為負直流電壓；(3)測量圖中有關點的直流電壓將波形發(fā)生器的輸出信號頻率f分別調到200Hz和Hz;此時正常時Vo?=0.2V和2V左右，誤差不大可合適調整Rws;不行的話，再合適調整R1?;假如誤差很大，則是有干擾，應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，否則可合適調整R15;VR≈-0.56V,這里Rws重要是保證V。與否可以到達設計值，調整Rw使總誤差在給定范圍內即可；V?=1V和5V,誤差應在控制范圍內，否則分別檢查VR、V?3與否符合規(guī)定。最終若總誤差有點超過則可合適調整R22;固定電阻的調整可用相近標稱系列電阻替代來實現(xiàn)。往上選增長阻值或往下選減少阻值。附錄(多種此前未曾使用過的試驗器材)為了正確使用集成運放，就必須了解它的主要參數(shù)指標。集成運放的各項指標通常是由專用儀器進行測試的，下面以集成運放μA741(或F007)為例，介紹一種簡易的測試方法。集成運放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、負電源端，①腳和⑤腳為失調調零端，①⑤腳之間可接入一只幾十千歐的電位器并將滑動觸頭接到負電源端。⑧腳為空腳。(1)輸入失調電壓Uos失調電壓測試電路如圖12.12所示。閉合開關K?及K?,使電阻Rg短接，測量實際測出的Uo?可能為正，也可能為負，一般為1～5mV,對于高質量的運放(2)輸入失調電流Ios輸入失調電流的大小反映了運放內部差動輸入級兩個晶電阻Rg接入時的輸出電壓Uoz,若從中扣除輸入失調電壓U?s的影響，則輸入失調電流Ios為：一般，I?s約為幾十至幾百nA(10??A),高質量運放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最大失調電流為50nA差動輸入電壓范圍為±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墻連佳時裝城座t.6墻連佳時裝城座畫畫民10秒LM331是美國NS公司生產的性能價格比較高的集成芯片，可用作精密頻率電壓轉換器、A/D轉換器、線性頻率調制解調、長時間積分器及其采用了新的溫度補償能隙基準電路，在整個工作溫度范圍內和低到4.0V電源電壓下都有極高的精度。LM331的動態(tài)范圍寬，可達100dB;線性度好，最大非線性失真小于0.01%,工作頻率低到0.1Hz時尚有較好的線性；變換精度高，數(shù)字分辨率可達12位；外接電路簡單，只需接入幾個外部元件就可方便構成V/F或F/V等變換電路，中的干擾脈沖，有利于提高轉換精度。2.2頻率-電壓變換器由LN331構成的頻率-電壓轉換電路如圖4所示，輸入脈沖f:經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電阻R2、R3分壓而加有約2Vcc/3的直流電壓，反相輸入端經電阻R1加有Vcc的直流電壓。當輸入脈沖的下降沿到來時，經微分電路R1、C1產生一負尖脈沖疊加到反相輸入端的Vcc上，當負向尖脈沖大于Vcc/3時，輸入比較器輸出高電平使觸發(fā)器置位，此時電流開關打向右邊，電流源I.對電容C充電，同時因復零晶體管截止而使電源Vcc通過電阻R對電容C.充電。當電容C兩端電壓達到2Vcc/3時，定時比較器輸出高電平使觸發(fā)器復位，此時電流開關打向左邊，電容C通過電阻R放電，同時，復零晶體管導通，定時電容C.迅速放電，完成一次充放電過程。此后，每當輸入脈沖的下降沿到來時，電路重復上述的工作過程。從前面的分析可知，電容C的充電時間由定時電路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，實現(xiàn)了頻率-電壓的變換。按照前面推導V/F表達式的方法，可得到輸出電壓V。與f:的關系為：電容C1的選擇不宜太小，要保證輸入脈沖經微分后有足夠的幅度來觸發(fā)輸入比較器，但電容C1小些有利于提高轉換電路的抗干擾能力。電阻R和當輸入脈沖頻率變化時，輸出響應會快些。這些因素在實際運用時要綜合考集成運算放大