压控振荡器

压控振荡器实验设备与器件•1、模电实验箱•2、双踪示波器•3、万用表•4、A3实验板（运算放大器μA741×2、稳压管2CW231×1二极管IN4148×1、电阻、电容若干）。实验目的了解压控振荡器，及其组成与调试•输入Ui：1V~6V•输出f0：100Hz~600Hz压控振荡器Uif0实验原理•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。下图就是实现上述意图的压控振荡器(它的输入电压Ui＞0)。实验电路图+_A1A2•••+_IN4148•图所示电路中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u0=+UZ时，二极管D截止，输入电压（Ui＞0），经电阻R1向电容C充电，输出电压uo1逐渐下降，当u01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，uO由+UZ跳变为－UZ，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，uO1迅速上升，使A2的u+很快上升到大于零，uO很快从－UZ跳回到+UZ，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11.2所示为压控振荡器uO1和uO的波形图。压控振荡器uO1和uO的波形图ttuO1/VT1uO/VT•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Ui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。Zi3141UUCR2RRT1T1f•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。_++uiuo此电路是电压串联负反馈，输入电阻大，输出电阻小，在电路中作用与分立元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。电压跟随器结构特点：输出电压全部引到反相输入端，信号从同相端输入。电压跟随器是同相比例运算放大器的特例。采用此法可验证运放的好坏.uA741的检测电压跟随器输出=输入输入+1V+12V-12V实验内容与步骤•1、按压控振荡器电路图接线，用示波器观测输出波形•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、调节电位器，使电路起振，当输入1V时使其输出为100Hz，用双踪示波器观察并描绘u01、u0波形。2、输入电压与振荡频率的转换关系测试结果输入电压值Ui（V）123456输出频率值f（Hz）实验总结•作出电压─频率关系曲线，并讨论其结果。例：图示电路为一压控振荡器。设输入电压0UI6V，运放A1、A2为理想器件；二极管D的正向压降为0.6V，稳压管DZ的稳定电压为±6V，它们的其他性能理想。+_A1A2•••+_IN4148（a）运算放大器A1、A2各组成什么电路？（b）画出uo1和uo波形；（c）写出振荡频率f0与输入电压uI的函数关系式。（a）A1构成反相输入积分电路，A2构成同相输入电压比较器。+_A1A2•••+_IN4148（b）当uO＝6V时，二极管D截止，电容C充电，uO1随时间负向线性增大。当运放A2的同相端电位u2+过零时，比较器翻转，uO2=-6V。+_A1A2•••+_IN4148此时，D导通，uO2=0.6V。C迅速放电，uO1快速正向增大。当u2+再次过零时，比较器再次翻转，uO2=6V，二极管再次截止。如此周而复始，形成周期性振荡。+_A1A2•••+_IN4148由图可知，运放A2同相端电位令u2+=0得+_A1A2•••+_IN4148由式知当uO＝6V时，uO1＝-5V，比较器状态翻转。当uO＝0.6V时，uO1＝-0.5V，比较器状态翻转。tt00-5-0.60.56uO1/VT1uO/VTuO1和uO2的波形（c）由于二极管的导通电阻很小，电容放电时间极短，所以，TT1。由于tt00-5-0.60.56uO1/VT1uO/VT故当时，电容充电结束，此时