压控振荡器实验

压控振荡器原理及电路说明:

调节可变电阻或可变电容可以改变波形发生电路的振荡频率，一般是通过人的手来调节的。而在自动控制等场合往往要求能自动地调节振荡频率。常见的情况是给出一个控制电压（例如计算机通过接口电路输出的控制电压），要求波形发生电路的振荡频率与控制电压成正比。这种电路称为压控振荡器，又称为VCO或u-f转换电路。

利用集成运放可以构成精度高、线性好的压控振荡器。下面介绍这种电路的构成和工作原理，并求出振荡频率与输入电压的函数关系。

1、电路的构成及工作原理

怎样用集成运放构成压控振荡器呢？我们知道积分电路输出电压变化的速率与输入电压的大小成正比，如果积分电容充电使输出电压达到一定程度后，设法使它迅速放电，然后输入电压再给它充电，如此周而复始，产生振荡，其振荡频率与输入电压成正比。即压控振荡器。 

图2.9.1就是实现上述意图的压控振荡器(它的输入电压U_i＞0)。

图2.9.1所示电路中A₁是积分电路，A₂是同相输入滞回比较器，它起开关作用。当它的输出电压u₀₁=+U_Z时，二极管D截止，输入电压（U_i＞0），经电阻R₁向电容C充电，输出电压u_o逐渐下降，当u₀下降到零再继续下降使滞回比较器A₂同相输入端电位略低于零，u_O1由+U_Z跳变为－U_Z，二极管D由截止变导通，电容C放电，由于放电回路的等效电阻比R₁小得多，因此放电很快，u_O迅速上升，使A₂的u₊很快上升到大于零，u_O1很快从－U_Z跳回到+U_Z，二极管又截止，输入电压经R₁再向电容充电。如此周而复始，产生振荡。

图2.9.2所示为压控振荡器u_O和u_O1的波形图。

2、振荡频率与输入电压的函数关系

可见振荡频率与输入电压成正比。

上述电路实际上就是一个方波、锯齿波发生电路，只不过这里是通过改变输入电压U_i的大小来改变输出波形频率，从而将电压参量转换成频率参量。

压控振荡器的用途较广。为了使用方便，一些厂家将压控振荡器做成模块，有的压控振荡器模块输出信号的频率与输入电压幅值的非线性误差小于0.02%，但振荡频率较低，一般在100Kz以下。

图2.9.1  压控振荡器实验电路

三、实验设备与器件

　  1、 ±12V 直流电源     2、 双踪示波器

3、 交流毫伏表         4、 直流电压表

5、 频率计             6、 运算放大器 μA741×2、

7、 稳压管 2CW231×1  8、二极管 IN4148×1

电阻器、电容器若干。

图2.9.2   压控振荡器波形图

四、实验内容与步骤

　  1、 按图2.9.1接线，用示波器监视输出波形

2、 按下表的内容，测量电路的输入电压与振荡频率的转换关系 

1、  用双踪示波器观察并描绘u₀、u₀₁波形。

表2.9.1

五、实验总结

作出电压─频率关系曲线，并讨论其结果。

六、预习要求

　　1、 指出图2.9.1中电容器C的充电和放电回路。

　　2、 定性分析用可调电压U_i改变u_O频率的工作原理。

3、电阻R₃和R₄的阻值如何确定？当要求输出信号幅值为12U_OPP， 输入电压值为3V，输出频率为3000Hz，计算出R₃、R₄的值。