可調(diào)壓控振蕩器的設計

1、頻率、占空比可變的壓控振蕩電路的設計摘要：電壓/頻率轉(zhuǎn)換是模數(shù)轉(zhuǎn)換技術不可缺少的部分。在儀器儀表, 自動控制中得到廣泛的應用, 步進電機驅(qū)動中更是經(jīng)常碰到。課本中提供了一種簡易壓控振蕩器的設計方法，本文將在理解課本基本思路的基礎上設計一個頻率和占空比可變的電壓控制振蕩電路。關鍵詞：壓控振蕩電路 波形分析 電容儲能電壓控制振蕩電路有很多種設計方法，其中課本上采用的“電荷平衡式振蕩電路”和“復位式振蕩電路”都是基于積分電路來實現(xiàn)的。其基本設計思路可以通過倒推的方法來進行復原：（1）首先需要輸出一定頻率的振蕩波形（假定為矩形波），對這一要求，滯回比較器就可以滿足；（2）滯回比較器需要閾值電壓才能進行

2、跳轉(zhuǎn)，所以需要一個前級電路給它輸入閾值電壓，這一點如果要和“電壓幅值-時間”聯(lián)系起來最好的辦法就是對電壓幅值進行積分，故我們需要一個積分電路來對輸入電壓的一個相關量進行積分；（3）有了全部的兩級電路之后，為了使滯回比較器獲得“跳轉(zhuǎn)”的信號，需要將滯回比較器輸出的電壓反饋回來告訴積分電路何時進行積分，當不需要積分電路工作的時候，需要讓電容上積累的電荷釋放掉。至此，就可以完成一個對于壓控振蕩電路的設計。下面設計一個可以對同一輸入信號輸出頻率可調(diào)、占空比可調(diào)的壓控振蕩電路。1 電路設計和仿真波形參考課本對于壓控振蕩器的設計思路，設計如下所示的電路圖，其中參數(shù)設置參考了8.5節(jié)部分內(nèi)容。 圖1 電路設

3、計原理圖 對輸出波形進行測試，如下： 圖2 仿真波形1 改變電路參數(shù)之后重新進行仿真，如下，可見實現(xiàn)了預期功能： 另外，還觀測到電路起振階段的波形，如下： 下面，對于電路進行理論分析。2 電路分析接下來我將從理論分析和數(shù)值分析兩方面對所設計的電路進行討論。2.1 理論分析圖1中，U1組成積分運算電路，U2組成滯回比較器。在二極管D3導通時，輸出端高電平，積分電路對流過C2的電流進行積分，C2的電流等于流過R2的電流；在D3截止時，積分電路中電容C2中流過的電流變成了R1、R2之中電流。以下給出定量的計算。2.2 理論計算現(xiàn)將電路分為D3導通和D3截止分別進行分析計算，最后計算得到頻率和占空比的

4、表達式。當D3導通時：iC=0uN1R2=R4(R3+R4R2uIuo1=1R2CR4(R3+R4 uI(t1t0 +uo1(t0 當D3截止時：iC=0uN1R1+R2=R4(R3+R4(R1+R2 uIuo1=1(R1+R2CR3(R3+R4 uI(t2t1 +uo1(t1 =1R2C0.5R3(R3+R4 uI(t2t1 +uo1(t1 故得到U1的輸出方程，它們的斜率即為它們在同一周期之內(nèi)所占的比值，由此計算占空比得：=0.5R3R4+0.5R3=R32R4+R3根據(jù)半個周期內(nèi)積分電路的初值和終值，計算振蕩周期，再求倒數(shù)得到振蕩頻率，帶入R2和C 的值即：UT=20003R4(R3+R

5、4 uIR32R4+R3TUT T =3UT(R3+R4(2R4+R3 10000R3R4uI f =10000R3R43UT(R3+R4(2R4+R3 uI至此，壓控振蕩電路的輸出頻率、輸出占空比關于滑動變阻器R3、R4、uI表達式都以得出，匯總：f =10000R3R43UT(R3+R4(2R4+R3 uI=0.5R3R4+0.5R3=R32R4+R3根據(jù)所需要的得到的輸出頻率和輸出占空比，代入上式后解二元一次方程組就可以得到想要的結(jié)果。3 設計仿真中存在的問題選取R3=R4=25k進行驗證，測得t1=568.182us，T=3.864ms，f=1/T=258.8Hz。除了頻率基本正確之外

6、，但是此時占空比的誤差較大。理論上t1應該為1ms 左右，但是事實上t1的時間非常短。由于時間限制，并沒有對此做更加深入的分析，猜想可能是因為放大器輸入電阻等的影響，導致計算結(jié)果和試驗結(jié)果相差較大。但是我們也可以采取工程的辦法來進行調(diào)整，通過parameter sweep 等仿真功能進行調(diào)整。同時仿真中也發(fā)現(xiàn)，當R3和R4取的非常小時電路會失去振蕩功能，這一特點希望在期末的復習中、乃至更長遠的學習中能夠找到答案。4 實驗總結(jié)本學期我們在老師的帶領下，從非常基礎的元器件學習如何利用它們組成基本的單管放大電路，再從單管放大電路開始組成多級放大電路，研究其幅值、頻率響應，最后將其封裝組成基本的放大單

7、元運算放大器。在這之后，我們學習了“反饋”這一重要概念，并在此基礎上組成了多種實用的電路單元（比例運算器、波形發(fā)生器等等）。最后，我們又重點研究了對于電路的輸出級進行功率放大的問題，并對“直流電源”這一對運放非常重要的電路器件進行了研究。在本次實驗的過程中，我對負反饋這一概念的體驗更加深刻。因為在搭建電路的過程中，有時候?qū)⒎答伣拥秸蜉斎攵嘶蛘呓拥椒聪噍斎攵藘烧叩膮^(qū)別是非常大的，也會對于實驗進程帶來非常大的干擾。最后，感謝老師和各位助教本學期辛勤的工作，祝老師身體健康，工作、科研事事順利！參考文獻或網(wǎng)站1童詩白 華成英，模擬電子技術基礎（第四版） 高等教育出版社 2006.52華成英，幫你學模擬電子技術基礎高等教育出版社 2004.13. 電子發(fā)燒友網(wǎng)，壓控振蕩器工作原理，4. 百度文庫，