压控振荡器

宝鸡文理学院高频电子课程设计

学校: 宝鸡文理学院

系别：电子电气工程系

专业: 电子信息工程

姓名：白阳

年级：2008级

学号：200895024026

班级：电子信息工程（1）班

课程题目：压控振荡器的研究

设计要求：（1）分析压控振荡器的定义、工作原理以及特点。

（2）由于压控振荡器一般分为两种：LC压控振荡器和晶体压控振荡器，分析两种不同振荡器的工作原理及电路分析。

（3）结合实际谈谈两种压控振荡器的主要应用范围及作用。

格式要求：（1）图片和表格应标记序号，且有相应的注释。

（2）一级标题为小二字体，二级标题为三号字体，都为黑体，正文为小四号宋体，且都为宋体，设置1.5倍行距。

一，压控振荡器。

压控振荡器简介：

压控振荡器，简称VCO（voltage-controlled oscillato r），指输出频率与输入控制电压有对应关系的振荡电路，其特性用输出角频率ω0与输入控制电压uc之间的关系曲线来表示，如下图所示，曲线在ω0,0处的斜率K0称为控制灵敏度。使振荡器的工作状态或振荡回路的元件参数受输入控制电压的控制，就可构成一个压控振荡器。在通信或测量仪器中，输入控制电压是欲传输或欲测量的信号（调制信号）。人们通常把压控振荡器称为调频器，用以产生调频信号。在自动频率控制环路和锁相环环路中，输入控制电压是误差信号电压，压控振荡器是环路中的一个受控部件。

图（1）压控振荡器的控制特性

压控振荡器的控制电压可以有不同的输入方式，如让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

反相器 2

模

拟

开

关

方波、三角波发生器三角波方波

3-15-1

图（2）控制部分、方波、三角波发生器组成框图

变容二极管压控振荡器的基本工作原理

在振荡器的振荡回路上并接或串接某一受电压控制的电抗元件后，即可对振荡频率实行控制。受控电抗元件常用变容二极管取代。

图（3）

变容二极管的电容量Cj取决于外加控制电压的大小，控制电压的变化会使变容管的Cj变化，Cj的变化会导致振荡频率的改变。

对于图中，若C1、C2值较大，C4又是隔直电容，容量很大，则振荡回路中与L相并联的总电容为：

变容管是利用半导体PN结的结电容受控于外加反向电压的特性而制成的一种晶体二极管，它属于电压控制的可变电抗器件，其压控特性的典型曲线如图所示。图中，反向偏压从3V增大到30V时，结电容Cj从18pF减小到3pF，电容变化比约为6倍。

对于不同的Cj，所对应的振荡频率为

(VR为最小)

通常将fmax和fmin的比值称为频率覆盖系数，以符号Kf表示，上述振荡回路的频率覆盖系数为，

图（4）覆盖系数

二，LC压控振荡器，

在任何一种LC振荡器中，将压控可变电抗元件插入振荡回路就可形成LC 压控振荡器。早期的压控可变电抗元件是电抗管，后来大都使用变容二极管。图（6）是克拉泼型LC压控振荡器的原理电路。图中，T为晶体管，L为回路电感，C1、C2、Cv为回路电容,Cv为变容二极管反向偏置时呈现出的容量;C1、C2通常比Cv大得多。当输入控制电压uc改变时，Cv随之变化，因而改变振荡频率。这种压控振荡器的输出频率与输入控制电压之间的关系为

式中C0是零反向偏压时变容二极管的电容量；φ是变容二极管的结电压；γ是结电容变化指数。为了得到线性控制特性，可以采取各种补偿措施。RC压控振荡器在单片集成电路中常用RC压控多谐振荡器。

图（5）克拉泼型LC压控振荡器

并联改进型电容反馈三点式电路——西勒振荡器

图（6）西勒振荡器交流等效电路电路如图1-4所示，它是在串联改进型的基础上，在L1两端并联一个小电容C4，调节C4可改变振荡频率。西勒电路的优点是进一步提高电路的稳定性，振荡频率可以做得较高，该电路在短波、超短波通信机、电视接收机等高频设备中得到非常广泛的应用。

三，晶体压控振荡器。

在用石英晶体稳频的振荡器中，把变容二极管和石英晶体相串接，就可形成晶体压控振荡器。为了扩大调频范围，石英晶体可用AT切割和取用其基频率的石英晶体，在电路上还可采用展宽调频范围的变换网络。

在微波频段，用反射极电压控制频率的反射速调管振荡器和用阳极电压控制频率的磁控管振荡器等也都属于压控振荡器的性质。压控振荡器的应用范围很广。集成化是重要的发展方向。石英晶体压控振荡器中频率稳定度和调频范围之间的矛盾也有待于解决。随着深空通信的发展，将需要内部噪声电平极低的压控振荡器。

某彩色电视接收机VHF调谐器中第6-12频段的本振电路如图所示电路中，控制电压VC为0.5-30V，改变这个电压，就使变容管的结电容发生变化，从而获得频率的变化。由图可见，这是一典型的西勒振荡电路，振荡管呈共集电极组态，振荡频率约为170-220MHz ，这种通过改变直流电压来实现频率调节的方法，通常称为电调谐，与机械调谐相比它有很大的优越

性。

图（7）

由常用集成芯片构成的压控振荡器

最原始的压控振荡器如下图所示，场效应管BG和场效应管T及电阻电容构成，基本思想为：控制BG基极电流的大小，及输入端电压的大小，半控制BG集电极/射极的等值电阻，以此来改变电容C的充放电时间，产生不同频率的输出脉冲，这种电路简单，可靠，各项指标均较低。

图（8）压控振荡器

随着集成技术的提高，用集成芯片构成高性能压控振荡器成为理所当然的事。最简单的集成压控振荡器如上图右所示，由两个门电路和几个电阻，电容构成。这种振荡器可以作为电视信号的同步发生器，其基本的振荡频率大约为31.5khz，当控制电压Vf由2.4V变为4.8V时，频率可以从10khz变为50khz，改变R1，C1和R2，C2的值，可以得到另一些频率范围的输出，若参数选择合适，可以达到几MHZ。

电子信息工程师，NE555时基芯片来构成压控振荡器，下图9是由NE555和其它元件构成的一种具有差分输入的压控振荡器，其输出地脉冲信号频率由差分输入电压控制，其式可表示为