压控振荡器

压控振荡器简介

压控振荡器全称电压控制振荡器，通常由VCO(Voltage Controlled Oscillator)表示。是一种将电平变换为相应频率的脉冲变换电路，或者说是输出脉冲频率与输入信号电平成比例的电路。指输出频率与输入控制电压有对应关系的振荡电路(VCO)。其特性用输出角频率ω0与输入控制电压uc之间的关系曲线(图1)来表示。图中,uc为零时的角频率ω0,0称为自由振荡角频率；曲线在ω0,0处的斜率K0称为控制灵敏度。

                                          图1、 压控振荡器

使振荡器的工作状态或振荡回路的元件参数受输入控制电压的控制，就可构成一个压控振荡器。在通信或测量仪器中，输入控制电压是欲传输或欲测量的信号（调制信号）。人们通常把压控振荡器称为调频器，用以产生调频信号。在自动频率控制环路和锁相环环路中，输入控制电压是误差信号电压，压控振荡器是环路中的一个受控部件。它被广泛地应用在自动控制，自动测量与检测等技术领域。

压控振荡器的工作原理

如前所述三角波发生器的振荡频率与积分器的电容充放电时间有关。而充放电时间与放电电流大小有关，ic=±Uz/R,因此改变Uz大小可以调节振荡频率。假如积分器的输入端不与迟滞比较器的输出端相连，开关的另两个触点分别与±Ui之间的转接是受控于迟滞比较器的输出电压，当其输出电压为-Uz，则开关S接向+Ui。此时积分器输出的三角波，迟滞比较器输出方波的频率均受输入电压Ui 的控制。如果除去D3、D4左边的部分，则图中A1、A2构成的为一方波-三角波产生电路。由于电路中电容C的充放电时间相等，因此求出电容C 的放电时间即可得到电路的振荡周期，从而得到振荡频率。

                                      图2、压控振荡器原理图

电容的放电电流为ic=-Ui/R,在t1～t2放电期间，电容上的电压变化量为，由此可得放电时间。Ui改变时，f随Ui的改变而成正比例地变化，但不影响三角波和方波的幅值。如果Ui为直流电压，则电路振荡频率的调节十分容易；当Ui的频率远小于f的正弦信号，则压控振荡器就成为调频振荡器，它能输出抗干扰能力很强的调频波。Au是两个互相串联的反相器，它们的输出电压相等，相位相反，即有Uo4=-Uo3=Ui    D2、D4状态受A2输出控制，当A2输出高电位时，其值大于Uo4(ui),D3截止,D4导通，积分器A1对Uo4(ui)积分。反之，当A2输出为低电位时，其值小于Uo3(-ui), 则D3导通,D4截止，积分器A1对Uo3(-ui)积分。D3、D4在电路中起一个开关的作用。

压控振荡器的作用

压控振荡器(VCO)与普通本振相比，在谐振回路中多出了电控器件，比如变容二极管；一般压控振荡器(VCO)多以克拉泼振荡器形式存在，以保证电路工作点和Q值的稳定性。振荡器自其诞生以来就一直在通信、电子、航海航空航天及医学等领域扮演重要的角色，具有广泛的用途。在无线电技术发展的初期，它就在发射机中用来产生高频载波电压，在超外差接收机中用作本机振荡器，成为发射和接收设备的基本部件。

压控振荡器的用途

随着电子技术的迅速发展，振荡器的用途也越来越广泛，例如在无线电测量仪器中，它产生各种频段的正弦信号电压：在热加工、热处理、超声波加工和某些医疗设备中，它产生大功率的高频电能对负载加热；某些电气设备用振荡器做成的无触点开关进行控制；电子钟和电子手表中采用频率稳定度很高的振荡电路作为定时部件等。尤其在通信系统电路中，压控振荡器(VCO)是其关键部件，特别是在锁相环电路、时钟恢复电路和频率综合器电路等更是重中之重，可以毫不夸张地说在电子通信技术领域，VCO几乎与电流源和运放具有同等重要地位。