壓控振蕩器原理及電路說明:

調(diào)節(jié)可變電阻或可變電容可以改變波形發(fā)生電路的振蕩頻率，一般是通過人的手來調(diào)節(jié)的。而在自動(dòng)控制等場(chǎng)合往往要求能自動(dòng)地調(diào)節(jié)振蕩頻率。常見的情況是給出一個(gè)控制電壓（例如計(jì)算機(jī)通過接口電路輸出的控制電壓），要求波形發(fā)生電路的振蕩頻率與控制電壓成正比。這種電路稱為壓控振蕩器，又稱為VCO或u-f轉(zhuǎn)換電路。

利用集成運(yùn)放可以構(gòu)成精度高、線性好的壓控振蕩器。下面介紹這種電路的構(gòu)成和工作原理，并求出振蕩頻率與輸入電壓的函數(shù)關(guān)系。

1、電路的構(gòu)成及工作原理

怎樣用集成運(yùn)放構(gòu)成壓控振蕩器呢？我們知道積分電路輸出電壓變化的速率與輸入電壓的大小成正比，如果積分電容充電使輸出電壓達(dá)到一定程度后，設(shè)法使它迅速放電，然后輸入電壓再給它充電，如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩，其振蕩頻率與輸入電壓成正比。即壓控振蕩器。 

圖2.9.1就是實(shí)現(xiàn)上述意圖的壓控振蕩器(它的輸入電壓U_i＞0)。

圖2.9.1所示電路中A₁是積分電路，A₂是同相輸入滯回比較器，它起開關(guān)作用。當(dāng)它的輸出電壓u₀₁=+U_Z時(shí)，二極管D截止，輸入電壓（U_i＞0），經(jīng)電阻R₁向電容C充電，輸出電壓u_o逐漸下降，當(dāng)u₀下降到零再繼續(xù)下降使滯回比較器A₂同相輸入端電位略低于零，u_O1由+U_Z跳變?yōu)椋璘_Z，二極管D由截止變導(dǎo)通，電容C放電，由于放電回路的等效電阻比R₁小得多，因此放電很快，u_O迅速上升，使A₂的u₊很快上升到大于零，u_O1很快從－U_Z跳回到+U_Z，二極管又截止，輸入電壓經(jīng)R₁再向電容充電。如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩。

圖2.9.2所示為壓控振蕩器u_O和u_O1的波形圖。

2、振蕩頻率與輸入電壓的函數(shù)關(guān)系

可見振蕩頻率與輸入電壓成正比。

上述電路實(shí)際上就是一個(gè)方波、鋸齒波發(fā)生電路，只不過這里是通過改變輸入電壓U_i的大小來改變輸出波形頻率，從而將電壓參量轉(zhuǎn)換成頻率參量。

壓控振蕩器的用途較廣。為了使用方便，一些廠家將壓控振蕩器做成模塊，有的壓控振蕩器模塊輸出信號(hào)的頻率與輸入電壓幅值的非線性誤差小于0.02%，但振蕩頻率較低，一般在100Kz以下。

圖2.9.1  壓控振蕩器實(shí)驗(yàn)電路

三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件

　  1、 ±12V 直流電源     2、 雙蹤示波器

3、 交流毫伏表         4、 直流電壓表

5、 頻率計(jì)             6、 運(yùn)算放大器 μA741×2、

7、 穩(wěn)壓管 2CW231×1  8、二極管 IN4148×1

電阻器、電容器若干。

圖2.9.2   壓控振蕩器波形圖

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟

　  1、 按圖2.9.1接線，用示波器監(jiān)視輸出波形

2、 按下表的內(nèi)容，測(cè)量電路的輸入電壓與振蕩頻率的轉(zhuǎn)換關(guān)系 

1、  用雙蹤示波器觀察并描繪u₀、u₀₁波形。

表2.9.1

五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)

作出電壓─頻率關(guān)系曲線，并討論其結(jié)果。

六、預(yù)習(xí)要求

　　1、 指出圖2.9.1中電容器C的充電和放電回路。

　　2、 定性分析用可調(diào)電壓U_i改變u_O頻率的工作原理。

3、電阻R₃和R₄的阻值如何確定？當(dāng)要求輸出信號(hào)幅值為12U_OPP， 輸入電壓值為3V，輸出頻率為3000Hz，計(jì)算出R₃、R₄的值。