压控振荡器

压控振荡器

3(15 压控振荡器

一. 实验目的

1. 了解压控振荡器的组成、工作原理。

2. 进一步掌握三角波、方波与压控振荡器之间的关系。

3. 掌握压控振荡器的基本参数指标及测试方法。

二. 设计原理

电压控制振荡器简称为压控振荡器，通常由VCO(Voltage Controlled Oscillator)表示。是一种将电平变换为相应频率的脉冲变换电路，或者说是输出脉冲频率与输入信号电平成比例的电路。它被广泛地应用在自动控制，自动测量与检测等技术领域。

压控振荡器的控制电压可以有不同的输入方式。如用直流电压作为控制电压，电路可制成频率调节十分方便的信号源;用正弦电压作为控制电压，电路就成为调频振荡器;而用锯齿电压作为控制电压，电路将成为扫频振荡器。

压控振荡器由控制部分、方波、三角波发生器组成框图如下:

反相器 1

模拟方波、三角波发生器三角波方波开关

反相器 2

3-15-1

1. 方波、三角波发生器

我们知道，方波的产生有很多种方法，而用运算放大器的非线性应用电路--- 电压比较器是一种产生方波的最简单的电路之一。而三角波可以通过方波信号积

分得到。电路如图3.15.2所示:

C

8

RR3A1

A2

R2

R1R’Uz

3-15-2

8

设t=0,Uc=0,Uo1=+Uz,则Uo=-Uc=0,运放A1的同相端对地电压为:

URURo2z1U+’= ，R，RR，R1212

此时，Uo1通过R向C恒流充电，Uc线性上升，Uo线性下降，则U+’下降，由于运放反相端接地，因此当U+’下降略小于0时，A1翻转，Uo1跳变为-Uz 见土

3.7.2中t=t1时的波形。根据式3.7.1可知，此时Uo略小于-R1×U2/R2。

在t=t1时，Uc=-Uo=R1×U2/R2,Uo1=-Uz.运放A1的同相端对地电压为:

UzRUoR12U，',，， R，RR，R1212

此时，电容C恒流放电，Uc线性下降，Uo线性上升,则U+’也上升。当U+’上升到略大于0时，A1翻转，Uo跳变为Uz，如此周而复始，就可在Uo端输出幅

度为R1×U2/R2的三角波。同时在Uo1端得到幅度为Uz的方波。

T/2T/2

tt12

+(R/R)U12z

-(R/R)U12z

图 3-15-3

在图3.15.3中，t1,t2期间，电容C上的电压变化量为

2R1c(,Uz)RRc,Uc21,,2Rc 放电时间T1=t2-t1为 UicR22,R

t2,t3期间，电容C恒流充电，同理可得放电时间T2=t3-t2，与充电为Rc成正

R1Rc比T2=2 R2

R14Rc T=T1+T2= (3.7.2) R2

R12 f=,T4RcR1

2(锯齿波

若上升时间与下降时间不同，一般下降时间远小于上升时间，如图3.15.4 RCD4

8R3

R

R’R2R1

图. 3-15-4

只要R4远小于R，就可得到如图所示的锯齿波

8

Uo

Uz

-Uz

(R//R)U12z

(-R//R)U12z

3.15.5

3(压控振荡器

(1) 工作原理

C

R

8R3

U-Uii

R2

UzR1

3-15-6 压控振荡器的原理图

如前所述三角波发生器的振荡频率与积分器的电容充放电时间有关。而充放8电时间与放电电流大小有关，ic=?Uz/R,因此改变Uz大小可以调节振荡频率。假如积分器的输入端不与迟滞比较器的输出端相连，开关的另两个触点分别与?Ui之间的转接是受控于迟滞比较器的输出电压，当其输出电压为-Uz，则开关S 接向+Ui。此时积分器输出的三角波，迟滞比较器输出方波的频率均受输入电压Ui 的控制。典型电路如图3.15.7

R8

方波输出R8三角波输出RU1o88UUioD3AC3R7Uo3

RR2AR14

AR82DzR8R5R4D4AR4fUo4

R6

8

3-15-7 由集成运算放大器组成压控方波-三角波产生电路

由图3.13.1可知，如果除去D3、D4左边的部分，则图中A1、A2构成的为一8

方波-三角波产生电路。由于电路中电容C的充放电时间相等，因此求出电容C 的放电时间即可得到电路的振荡周期，从而得到振荡频率。电容的放电电流为1,t2放电期间，电容上的电压变化量为，由此可得放ic=-Ui/R,在t

R21cUz(,)RcRUz2cUc,R21电时间T1=t2-t1为: T,,,1UiicRzUi,R

RcRUz41因此电路的振荡周期为:TT ,2,1RUi2

R12fUi相应的振荡频率为;,, T4RCRUz1

由上式可知，Ui改变时，f随Ui的改变而成正比例地变化，但不影响三角波

和方波的幅值。如果Ui为直流电压，则电路振荡频率的调节十分容易;当Ui的频率远小于f的正弦信号，则压控振荡器就成为调频振荡器，它能输出抗干扰能力很强的调频波。

图中A3,Au是两个互相串联的反相器，它们的输出电压相等，相位相反，即有Uo4=-Uo3=Ui图中D2、D4状态受A2输出控制，当A2输出高电位时，其值大于

Uo4(ui),D3截止,D4导通，积分器A1对Uo4(ui)积分。反之，当A2输出为低电位时，其值小于Uo3(-ui), 则D3导通,D4截止，积分器A1对Uo3(-ui)积分。D3、

D4在电路中起一个开关的作用。

R2Uo1m,,Uom方波输出幅值为?Uz，三角波输出幅度 R2

当改变控制电压Ui时，三角波将上升，下降的斜率随之变化，即振荡频率随

之变化，从而实现电压控制振荡频率的目的。

TR1UiT41Uo1,Uo,Uidt,由图可知: ,0RRC4RC2

RUi1f,即振荡频率 4RRcUom2

(2)。参数确定与元件选择

1)。确定积分时间常数R、C

由式(3.13.6)可知，振荡频率f与积分电容C、积分电阻R的取值有关，当电容C或电阻R 增大时，振荡频率f将随之减小。