压控振荡器原理和设计

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压控振荡器

试验十五压控振荡器(方案二)

一．试验目的

1．会简单压控振荡器的设计。

2．把握压控振荡器的基本原理和调试方法。二．试验原理

压控振荡器，顾名思义，其输出频率随输入电压的改变而变化。它大致可分为两类，一类是调谐式，另一类是多谐式。多谐式一般线性好，但输出不是正弦波，只能通过间接方式获得。振荡频率一般较低。调谐式多用于发射机中，一般高频电子线性课程会有介绍。

这里介绍两种压控振荡器及其常用电路类型，供大家参考。1．由5G8038构成的压控振荡器

参考电路见图3-15-1，5G8038内部原理可参考相关参考书，这里不再详述，其振荡频率可由下式确定。F=0.3/RC3-15-1

式中，R

12R

w4

R

4

，一般Rw4取1K，当f=20KHz时，我们可以先定C，

再求出相应的R，一般取R5~10K之间。C=3300pF时，由式3-15-1可求得

R4.54K，则R4=R-0.5Rw4=4K，取标称值R

4

4.3K。

由上式确定的频率为上限频率。低端频率通过改变8脚电位实现。我们可以通过研究电压与频率间的关系找到两者的联系。一般高低端最大差10KHz。再来看其它电阻值的确定。Rw1+R1支路、Rw2+R2支路和Rw3+R3支路，主要是为了取得电压控制信号，一般输入电阻都较大，故支路电流在0.1~0.5mA间选取。5G8038电源工作可选单电源工作方式，一般高低电源电压差最小10V，最大30V，根据实际状况选择。Rw1以能改变电压范围超过3V即可。但不是越大越好，也可通过试验调试取得。为了保证输出频率的误差较小，可选用多线圈电位器，这里取10K，变化范围在4V左右，应Rw1在上，R1在下，否则电路不能正常振荡。Rw2和Rw3应尽可能大，以便于有较大控制范围使正弦波波形易于调理。1、8、12控制端一般对地应接抗干扰电容，以防调理电位器时产生的高频噪声引入电路引起故障。常选0.1F独石电容，代码104。

方波输出为OC型电路，所以必需接上拉电阻，一般电流控制在1mA左右，

VCCVEE

R

b

本例中，

6610K

1.2mA。

D1为保护管，一般用开关管即可，为的是防止8脚电位最高时，4、5脚仍有几百毫伏的电压降。RL为正弦波的负载，至少应在10K以上，否则输出幅度将减小。若要与后级电路相连，最好加一隔直电容。容量10F以上。

压控振荡器

CC(+6V)

Rw110R120

EE(-6V)

图3-15-15G8038构成的压控振荡器

2．由V/F器件LM331构成的压控振荡器

LM331为专用V/F变换器，即可进行V/F转换，也可以进行F/V转换。适用于作缜密频率电压转换器、长时间积分器、A/D转换器、线性频率调制或解调等功能性电路。其主要指标如下：（1）最大线性度：0.01%；

（2）变换增益：典型值1.00KHz/V；（3）满量程频率范围：1Hz~100KHz；

（4）动态范围：10KHz满量程频率下最小值100dB；

（5）增益温度稳定性：典型值30ppm/C；

（6）小功耗：5V时为15mW；

（7）脉冲输出与所在规律形式电路兼容；（8）输入电压：0.2V~+VCC

图3-15-2为LM331的规律图与外形图。由恒流源、输入比较器和单脉冲定时器等部分组成。

其工作原理如下，输入比较器的两个输入端，一个接输入电压Vin(7脚)，另一个接阈值电压VN(6脚)，且常与1脚相连。当VinVN时，比较器启动单脉冲定时器，即发出单脉冲信号，驱动三极管T导通，同时接通恒流源对C充电，使VN上升。当VN上升至VNVin时，电流源断开，定时器自动复位；此时C通过R逐渐放电，直至VN降至VNVin为止，然后比较器再次启动定时器，开始下一个过程。如此往复，输出与输入电压成比例的脉冲频率。

电流源提供的电流I与2脚基准电压1.9V、外接电阻RS大小有关，即

I

1.9VR

S

3-15-2

压控振荡器

由于C的平均充电电流ICItf，平均放电电流可得：

ICItf

VNR

VinR

VNR

VinR

，故

由上式可求出输出脉冲频率f为：

f

ICIt

VinRIt

VinR

S

2.09CtRtR

3-15-3

式中，t=1.1RtCt为电流源的接通时间。寻常输入电压Vin=1~10V时，输出频率为0~10KHz。

单脉冲定时器由RS触发器和一个外部RtCt网络构成的定时比较器组成。

C基准电压

地

定时Rx/Cx

fo

频率输出

阈值

比较输入

电流输出

VCC

（a）规律框图(b)外形图

图3-15-2LM331压控振荡器(V/F变换器)

图3-15-3为由LM331构成的基本压控振荡器电路。2脚的电位器Rw1用来调理LM331的增益偏差和由Ct、Rt、R引起的误差以校准频率。输入控制电压Vin接7脚，并增加了由C1、R3组成的低通滤波器。滤波电容大多项选择0.1左右。3脚为频率输出端，驱动三极管T必需外接电阻RL，电流控制在1mA左右，假使后接TTL电路，则VL接+5V电源，R改变。

L

10K。无要求时，可与VCC相连，RL相应

压控振荡器

VCC(+12V)

R20V)

R50fo

Z~8kHZ

R25.1图3-15-3LM331构成的压控振荡器电路

在图3-15-3中，R

S

14K，一般用一只固定电阻12K和一只可变电阻5K

串联组成。为了保证精度和稳定性，RS最好选用金属膜电阻，Rw1的调理要细致，可选多圈电位器。Rt建议6.8K，Ct0.01F，这样可求出R100K，取R100K。C建议用1F聚苯乙烯，其它电容选瓷片电容即可。7脚电阻R3应与R一致。

直流输入电压可选信号源或采用图3-15-3中通过电源分压取得。电压变动范围以3脚

输出要求决定。最低输入电压不要小于0.1V，最高不超过10V。分压电路电流一般取0.1~0.5mA即可。例如，要求fo=1KHz~8KHz，则可求出电位器变化范围应不小于1V~8V范围。先确定分压支路电流为0.2mA，则总电阻R总

VCC0.2mA

12V0.2mA

60K，即

R

1

R

w2

R

2

60K。电位器Rw2调至最低端时，VinL

RR

2总

VCC1V，则：

R

2

VinVCC

R

总

112

60K5K3-15-4

取标称值R2=5.1K，同理，由VinH

R

2

RR

总

w2

VCC8V即可求出

R

2

R

w2

VinHVCC

R

总

812

60K40K

压控振荡器

故取R

w2

405.135K，取R

w2

50K。应当适当加大，保证调理范围。

最终，R160K40K20K，确定好元件值之后，再进行一次验算，满足要

求即可，为了保证获得电压的调理细度，可选多圈电位器。另一种方式先定Rw2，只要手头有10K~50K电位器一只即可。然后再求其它电阻值。

三．设计任务

1．预习要求

（1）预习有关压控振荡器的工作原理。

（2）按要求，参考本试验中提供的两种电路类型，设计出一款压控振荡器。并

写出设计过程和调试步骤。

2．设计要求

（1）输出频率200Hz~2KHz连续可调正弦波，非线性失真系数5%，6V

双电源供电，可参考图3-15-1所示电路。

（2）输出频率100Hz~10KHz且连续可调的脉冲波，要求可与TTL电路兼容，

单电源+12V供电。可参考图3-15-3所示电路。

（3）设计5G8038和LM331的简易测量电路。LM331只做V/F变换测试。3．同学们可根据能力选择以上任一种方案设计。四．调试步骤

1．确保电路连接正确，正负电源端标志明白。2．接上电源，测试各点电位，应正常。3．改变电位器，输出频率应有变化。

4．测试V—F特性，自定输入点数及电压值，应均匀，列成表格，填入输出值，并绘

出V—F曲线，算出线性度

5．最终确定符合要求的成型电路。五．提醒

设计要求中（3）应在熟悉原理的状况，参照图3-15-1和图3-15-3电路，进行简化后得到可行电路。应能便利测试V—F特性，但线性度要求并不高。六．试验报告要求

1．各点电位值或波形。

2．符合指标要求电路的V—F特性测试原始值表格和绘出的曲线及分析。3．最终电路图。

4．主要故障分析及探讨。七．思考题

1．举例说明5G8038和LM331还有哪些应用（可参考相应资料）。

2．通过设计及调试，分析假使要提高5G8038输出正弦波质量还有哪些改