2025 · 电子系统综合设计

利用张弛振荡器输出的方波控制极性转换电路，极性转换电路的输出也是一个方波，该方波的频率与控制方波的频率相同，幅值由信号源决定。当信号源为直流电压时，控制方波高电平时输出正极性，低电平时输出负极性，信号源输入的电压不同，极性转换电路输出的方波幅度也不同，方波幅度不同，积分电路输出三角波的频率就不同，进而使得张弛振荡器中的控制方波的幅度也不同。

张弛比较器的原理分析如下：

从上图中最后的公式也可看出，在滞回比较器的两个阈值电压固定时，三角波的斜率越高，就能够越快抵达阈值电压，进而翻转方向，这样，三角波的频率就与斜率是直接挂钩的。在阈值电压不变的情况下，只要改变三角波的斜率，就能够改变三角波的频率。三角波的频率为，受到积分电路输入电压，积分电路反相端输入电阻以及电容的影响。

由于实验要求使用电压控制频率，因此输入电阻与电容应保持不变，通过改变电压的幅度来改变频率。

下面具体介绍改变输入电压幅度的方法——加入极性转换电路。

具体的实现原理图如下：

CD 4053 是一个单刀双掷的开关，滞回比较器输出的方波信号控制 CD4053 的 A 通道，当 A 通道为高电平时，CD4053 输出引脚接地，当 A 通道为低电平时，CD4053 输出引脚悬空。输出引脚悬空时，极性转换电路转换为一个电压跟随器，输出引脚接地时，极性转换电路转换为一个反相电路。这样，输入的信号源 UI 就可以通过滞回比较器输出的控制方波改变极性，生成不同幅度的方波进入积分电路中。

经过仿真，上述电路能够正常实现功能。仿真电路如下：

VF电路.ms14

595.9KB

可以使用 multisim14.3 打开。

电路原理图如下：

原理图（修正后）.pdf

139.5KB

第二阶段结束后的反思：

这次选择的方向是电路设计类的方向，需要设计 VF（压控频率）电路，虽然在验收前一晚上所有功能都已实现，且都是正常的，但在第二天早上重新验证的时候却出现了问题，CD 4053 器件在通电后烧了。因此最终并没能够向老师呈现最终的结果。先对本次设计中遇到的问题进行反思：

电路设计过程中，没有考虑到 FPGA 的 AD 模块与压控振荡电路之间会相互影响，使得压控振荡电路与 FPGA 连接后，FPGA 无法正确测频，同时压控振荡电路无法输出波形；解决方法：在压控振荡电路后加入一个电压跟随器，将电压跟随器的输出连接到 FPGA 的 AD 口，最终正确测出了波形。

在第二天早上提供电源时，由于实验室电源是老式电源，只有开关和旋钮，无法在电源打开时控制是否向器件供电。因此将电路连接到电压源后，电压源打开瞬间并不稳定，波动较大，使得一上电 CD 4053 就被烧坏了。解决方法：将电压源先打开，然后再连接到供电端，这样电压源是稳定的。

如果本篇内容对你有用，能否『请我吃根棒棒糖🍭 』🤠…