壓控振蕩器(方案一)

1、 315 壓控振蕩器(方案一)一. 實驗?zāi)康?. 了解壓控振蕩器的組成、工作原理。2. 進(jìn)一步掌握三角波、方波與壓控振蕩器之間的關(guān)系。3. 掌握壓控振蕩器的基本參數(shù)指標(biāo)及測試方法。二. 設(shè)計原理電壓控制振蕩器簡稱為壓控振蕩器，通常由VCO(Voltage Controlled Oscillator)表示。是一種將電平變換為相應(yīng)頻率的脈沖變換電路，或者說是輸出脈沖頻率與輸入信號電平成比例的電路。它被廣泛地應(yīng)用在自動控制，自動測量與檢測等技術(shù)領(lǐng)域。壓控振蕩器的控制電壓可以有不同的輸入方式。如用直流電壓作為控制電壓，電路可制成頻率調(diào)節(jié)十分方便的信號源；用正弦電壓作為控制電壓，電路就成為調(diào)頻振蕩器；而

2、用鋸齒電壓作為控制電壓，電路將成為掃頻振蕩器。壓控振蕩器由控制部分、方波、三角波發(fā)生器組成框圖如下：1. 方波、三角波發(fā)生器我們知道，方波的產(chǎn)生有很多種方法，而用運算放大器的非線性應(yīng)用電路-電壓比較器是一種產(chǎn)生方波的最簡單的電路之一。而三角波可以通過方波信號積分得到。電路如圖3-15-2所示： 設(shè)t=0,Uc=0,Uo1=+Uz,則Uo=-Uc=0,運放A1的同相端對地電壓為： =3-15-1 此時，Uo1通過R向C恒流充電，Uc線性上升，Uo線性下降，則U+下降，由于運放反相端接地，因此當(dāng)U+下降略小于0時，A1翻轉(zhuǎn)，Uo1跳變?yōu)?Uz見圖3-15-2中t=t1時的波形。根據(jù)式3-15-1可

3、知，此時Uo略小于-R1×U2/R2。 在t=t1時，Uc=-Uo=R1×U2/R2,Uo1=-Uz.運放A1的同相端對地電壓為： 此時，電容C恒流放電，Uc線性下降，Uo線性上升,則U+也上升。當(dāng)U+上升到略大于0時，A1翻轉(zhuǎn)，Uo跳變?yōu)閁z，如此周而復(fù)始，就可在Uo端輸出幅度為R1×U2/R2的三角波。同時在Uo1端得到幅度為Uz的方波。 在圖3-15-3中，t1t2期間，電容C上的電壓變化量為 放電時間T1=t2-t1= t2t3期間，電容C恒流充電，同理可得放電時間T2=t3-t2，與充電為Rc成正比T2=2 T=T1+T2= 3-15-2 f= 2鋸齒波

4、 若上升時間與下降時間不同，一般下降時間遠(yuǎn)小于上升時間，如圖3-15-4 只要R4遠(yuǎn)小于R，就可得到如圖所示的鋸齒波 3壓控振蕩器（1） 工作原理 如前所述三角波發(fā)生器的振蕩頻率與積分器的電容充放電時間有關(guān)。而充放電時間與放電電流大小有關(guān)，ic=±Uz/R,因此改變Uz大小可以調(diào)節(jié)振蕩頻率。假如積分器的輸入端不與遲滯比較器的輸出端相連，開關(guān)的另兩個觸點分別與±Ui之間的轉(zhuǎn)接是受控于遲滯比較器的輸出電壓，當(dāng)其輸出電壓為-Uz，則開關(guān)S接向+Ui。此時積分器輸出的三角波，遲滯比較器輸出方波的頻率均受輸入電壓Ui 的控制。典型電路如圖3-15-7 由圖3-15-7可知，如果除去D

5、3、D4左邊的部分，則圖中A1、A2構(gòu)成的為一方波-三角波產(chǎn)生電路。由于電路中電容C的充放電時間相等，因此求出電容C 的放電時間即可得到電路的振蕩周期，從而得到振蕩頻率。電容的放電電流為ic=-Ui/R,在t1t2放電期間，電容上的電壓變化量為 ，由此可得放電時間T1=t2- t1為：3-15-3因此電路的振蕩周期為： 3-15-4相應(yīng)的振蕩頻率為；3-15-5由上式可知，Ui改變時，f隨Ui的改變而成正比例地變化，但不影響三角波和方波的幅值。如果Ui為直流電壓，則電路振蕩頻率的調(diào)節(jié)十分容易；當(dāng)Ui的頻率遠(yuǎn)小于f的正弦信號，則壓控振蕩器就成為調(diào)頻振蕩器，它能輸出抗干擾能力很強(qiáng)的調(diào)頻波。圖中A3

6、,Au是兩個互相串聯(lián)的反相器，它們的輸出電壓相等，相位相反，即有Uo4=-Uo3=Ui圖中D2、D4狀態(tài)受A2輸出控制，當(dāng)A2輸出高電位時，其值大于Uo4(ui),D3截止,D4導(dǎo)通，積分器A1對Uo4(ui)積分。反之，當(dāng)A2輸出為低電位時，其值小于Uo3(-ui), 則D3導(dǎo)通,D4截止，積分器A1對Uo3(-ui)積分。D3、D4在電路中起一個開關(guān)的作用。方波輸出幅值為±Uz，三角波輸出幅度3-15-6當(dāng)改變控制電壓Ui時，三角波將上升，下降的斜率隨之變化，即振蕩頻率隨之變化，從而實現(xiàn)電壓控制振蕩頻率的目的。由圖可知：3-15-7即振蕩頻率3-15-8 （2）。參數(shù)確定與元件選

7、擇 1）。確定積分時間常數(shù)R、C由式(3-15-8)可知，振蕩頻率f與積分電容C、積分電阻R的取值有關(guān)，當(dāng)電容C或電阻R 增大時，振蕩頻率f將隨之減小。在進(jìn)行電路設(shè)計時，我們可以先設(shè)定一個C值，然后再選取R. 2)。確定正反饋回路電阻R1、R2由式(3-15-6)和(3-15-8) 可知，正反饋回路電阻R1與R2的取值不但與輸出三角波的峰值有關(guān)，而且與振蕩頻率的大小有關(guān)。因此在選取R1、R2的阻值時，應(yīng)同時兼顧二方面的因素；首先根據(jù)設(shè)計所要求的三角波的輸出幅度和運算放大器的最大輸出電壓Uom由式(3-15-6)式確定R1/R2的比值，然后再選定R1和R2 ,最后應(yīng)將各參數(shù)的設(shè)定值代入(3-15

8、-8),復(fù)算是否滿足設(shè)計要求。 3）。 R6、R7、R8的確定由于A3、A4為反相器，故R6=R7=R8/2. 三設(shè)計任務(wù)1 設(shè)計一壓控振蕩器可控電壓范圍010V，頻率200Hz10kHz.方波Vom=±6V.三角波Vom=±3V.2 提高題若在上題基礎(chǔ)上，需輸出一正弦波，頻率范圍，輸出電壓大小與三角波相同。 四實驗步驟1根據(jù)設(shè)計電路，連接好元器件。2示波器觀察輸出波形，并調(diào)節(jié)輸入信號，輸出信號頻率應(yīng)隨輸入信號的變化而變化。3 自擬輸入電壓測試點，記錄對應(yīng)輸出波形頻率、幅度。五實驗報告要求1 繪出實驗電路圖。簡要敘述電路工作原理。2 整理實驗數(shù)據(jù)，并對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析。3 繪出實驗電壓/頻率特性曲線。4 總結(jié)實驗過程中的失誤與經(jīng)驗。五思