壓控振蕩器原理和設(shè)計

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壓控振蕩器

試驗十五壓控振蕩器(方案二)

一．試驗?zāi)康?/p>

1．會簡單壓控振蕩器的設(shè)計。

2．把握壓控振蕩器的基本原理和調(diào)試方法。二．試驗原理

壓控振蕩器，顧名思義，其輸出頻率隨輸入電壓的改變而變化。它大致可分為兩類，一類是調(diào)諧式，另一類是多諧式。多諧式一般線性好，但輸出不是正弦波，只能通過間接方式獲得。振蕩頻率一般較低。調(diào)諧式多用于發(fā)射機(jī)中，一般高頻電子線性課程會有介紹。

這里介紹兩種壓控振蕩器及其常用電路類型，供大家參考。1．由5G8038構(gòu)成的壓控振蕩器

參考電路見圖3-15-1，5G8038內(nèi)部原理可參考相關(guān)參考書，這里不再詳述，其振蕩頻率可由下式確定。F=0.3/RC3-15-1

式中，R

12R

w4

R

4

，一般Rw4取1K，當(dāng)f=20KHz時，我們可以先定C，

再求出相應(yīng)的R，一般取R5~10K之間。C=3300pF時，由式3-15-1可求得

R4.54K，則R4=R-0.5Rw4=4K，取標(biāo)稱值R

4

4.3K。

由上式確定的頻率為上限頻率。低端頻率通過改變8腳電位實(shí)現(xiàn)。我們可以通過研究電壓與頻率間的關(guān)系找到兩者的聯(lián)系。一般高低端最大差10KHz。再來看其它電阻值的確定。Rw1+R1支路、Rw2+R2支路和Rw3+R3支路，主要是為了取得電壓控制信號，一般輸入電阻都較大，故支路電流在0.1~0.5mA間選取。5G8038電源工作可選單電源工作方式，一般高低電源電壓差最小10V，最大30V，根據(jù)實(shí)際狀況選擇。Rw1以能改變電壓范圍超過3V即可。但不是越大越好，也可通過試驗調(diào)試取得。為了保證輸出頻率的誤差較小，可選用多線圈電位器，這里取10K，變化范圍在4V左右，應(yīng)Rw1在上，R1在下，否則電路不能正常振蕩。Rw2和Rw3應(yīng)盡可能大，以便于有較大控制范圍使正弦波波形易于調(diào)理。1、8、12控制端一般對地應(yīng)接抗干擾電容，以防調(diào)理電位器時產(chǎn)生的高頻噪聲引入電路引起故障。常選0.1F獨(dú)石電容，代碼104。

方波輸出為OC型電路，所以必需接上拉電阻，一般電流控制在1mA左右，

VCCVEE

R

b

本例中，

6610K

1.2mA。

D1為保護(hù)管，一般用開關(guān)管即可，為的是防止8腳電位最高時，4、5腳仍有幾百毫伏的電壓降。RL為正弦波的負(fù)載，至少應(yīng)在10K以上，否則輸出幅度將減小。若要與后級電路相連，最好加一隔直電容。容量10F以上。

壓控振蕩器

CC(+6V)

Rw110R120

EE(-6V)

圖3-15-15G8038構(gòu)成的壓控振蕩器

2．由V/F器件LM331構(gòu)成的壓控振蕩器

LM331為專用V/F變換器，即可進(jìn)行V/F轉(zhuǎn)換，也可以進(jìn)行F/V轉(zhuǎn)換。適用于作縝密頻率電壓轉(zhuǎn)換器、長時間積分器、A/D轉(zhuǎn)換器、線性頻率調(diào)制或解調(diào)等功能性電路。其主要指標(biāo)如下：（1）最大線性度：0.01%；

（2）變換增益：典型值1.00KHz/V；（3）滿量程頻率范圍：1Hz~100KHz；

（4）動態(tài)范圍：10KHz滿量程頻率下最小值100dB；

（5）增益溫度穩(wěn)定性：典型值30ppm/C；

（6）小功耗：5V時為15mW；

（7）脈沖輸出與所在規(guī)律形式電路兼容；（8）輸入電壓：0.2V~+VCC

圖3-15-2為LM331的規(guī)律圖與外形圖。由恒流源、輸入比較器和單脈沖定時器等部分組成。

其工作原理如下，輸入比較器的兩個輸入端，一個接輸入電壓Vin(7腳)，另一個接閾值電壓VN(6腳)，且常與1腳相連。當(dāng)VinVN時，比較器啟動單脈沖定時器，即發(fā)出單脈沖信號，驅(qū)動三極管T導(dǎo)通，同時接通恒流源對C充電，使VN上升。當(dāng)VN上升至VNVin時，電流源斷開，定時器自動復(fù)位；此時C通過R逐漸放電，直至VN降至VNVin為止，然后比較器再次啟動定時器，開始下一個過程。如此往復(fù)，輸出與輸入電壓成比例的脈沖頻率。

電流源提供的電流I與2腳基準(zhǔn)電壓1.9V、外接電阻RS大小有關(guān)，即

I

1.9VR

S

3-15-2

壓控振蕩器

由于C的平均充電電流ICItf，平均放電電流可得：

ICItf

VNR

VinR

VNR

VinR

，故

由上式可求出輸出脈沖頻率f為：

f

ICIt

VinRIt

VinR

S

2.09CtRtR

3-15-3

式中，t=1.1RtCt為電流源的接通時間。尋常輸入電壓Vin=1~10V時，輸出頻率為0~10KHz。

單脈沖定時器由RS觸發(fā)器和一個外部RtCt網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的定時比較器組成。

C基準(zhǔn)電壓

地

定時Rx/Cx

fo

頻率輸出

閾值

比較輸入

電流輸出

VCC

（a）規(guī)律框圖(b)外形圖

圖3-15-2LM331壓控振蕩器(V/F變換器)

圖3-15-3為由LM331構(gòu)成的基本壓控振蕩器電路。2腳的電位器Rw1用來調(diào)理LM331的增益偏差和由Ct、Rt、R引起的誤差以校準(zhǔn)頻率。輸入控制電壓Vin接7腳，并增加了由C1、R3組成的低通濾波器。濾波電容大多項選擇0.1左右。3腳為頻率輸出端，驅(qū)動三極管T必需外接電阻RL，電流控制在1mA左右，假使后接TTL電路，則VL接+5V電源，R改變。

L

10K。無要求時，可與VCC相連，RL相應(yīng)

壓控振蕩器

VCC(+12V)

R20V)

R50fo

Z~8kHZ

R25.1圖3-15-3LM331構(gòu)成的壓控振蕩器電路

在圖3-15-3中，R

S

14K，一般用一只固定電阻12K和一只可變電阻5K

串聯(lián)組成。為了保證精度和穩(wěn)定性，RS最好選用金屬膜電阻，Rw1的調(diào)理要細(xì)致，可選多圈電位器。Rt建議6.8K，Ct0.01F，這樣可求出R100K，取R100K。C建議用1F聚苯乙烯，其它電容選瓷片電容即可。7腳電阻R3應(yīng)與R一致。

直流輸入電壓可選信號源或采用圖3-15-3中通過電源分壓取得。電壓變動范圍以3腳

輸出要求決定。最低輸入電壓不要小于0.1V，最高不超過10V。分壓電路電流一般取0.1~0.5mA即可。例如，要求fo=1KHz~8KHz，則可求出電位器變化范圍應(yīng)不小于1V~8V范圍。先確定分壓支路電流為0.2mA，則總電阻R總

VCC0.2mA

12V0.2mA

60K，即

R

1

R

w2

R

2

60K。電位器Rw2調(diào)至最低端時，VinL

RR

2總

VCC1V，則：

R

2

VinVCC

R

總

112

60K5K3-15-4

取標(biāo)稱值R2=5.1K，同理，由VinH

R

2

RR

總

w2

VCC8V即可求出

R

2

R

w2

VinHVCC

R

總

812

60K40K

壓控振蕩器

故取R

w2

405.135K，取R

w2

50K。應(yīng)當(dāng)適當(dāng)加大，保證調(diào)理范圍。

最終，R160K40K20K，確定好元件值之后，再進(jìn)行一次驗算，滿足要

求即可，為了保證獲得電壓的調(diào)理細(xì)度，可選多圈電位器。另一種方式先定Rw2，只要手頭有10K~50K電位器一只即可。然后再求其它電阻值。

三．設(shè)計任務(wù)

1．預(yù)習(xí)要求

（1）預(yù)習(xí)有關(guān)壓控振蕩器的工作原理。

（2）按要求，參考本試驗中提供的兩種電路類型，設(shè)計出一款壓控振蕩器。并

寫出設(shè)計過程和調(diào)試步驟。

2．設(shè)計要求

（1）輸出頻率200Hz~2KHz連續(xù)可調(diào)正弦波，非線性失真系數(shù)5%，6V

雙電源供電，可參考圖3-15-1所示電路。

（2）輸出頻率100Hz~10KHz且連續(xù)可調(diào)的脈沖波，要求可與TTL電路兼容，

單電源+12V供電?？蓞⒖紙D3-15-3所示電路。

（3）設(shè)計5G8038和LM331的簡易測量電路。LM331只做V/F變換測試。3．同學(xué)們可根據(jù)能力選擇以上任一種方案設(shè)計。四．調(diào)試步驟

1．確保電路連接正確，正負(fù)電源端標(biāo)志明白。2．接上電源，測試各點(diǎn)電位，應(yīng)正常。3．改變電位器，輸出頻率應(yīng)有變化。

4．測試V—F特性，自定輸入點(diǎn)數(shù)及電壓值，應(yīng)均勻，列成表格，填入輸出值，并繪

出V—F曲線，算出線性度

5．最終確定符合要求的成型電路。五．提醒

設(shè)計要求中（3）應(yīng)在熟悉原理的狀況，參照圖3-15-1和圖3-15-3電路，進(jìn)行簡化后得到可行電路。應(yīng)能便利測試V—F特性，但線性度要求并不高。六．試驗報告要求

1．各點(diǎn)電位值或波形。

2．符合指標(biāo)要求電路的V—F特性測試原始值表格和繪出的曲線及分析。3．最終電路圖。

4．主要故障分析及探討。七．思考題

1．舉例說明5G8038和LM331還有哪些應(yīng)用（可參考相應(yīng)資料）。

2．通過設(shè)計及調(diào)試，分析假使要提高5G8038輸出正弦波質(zhì)量還有哪些改