1、实验十五 压控振荡器(方案二 )一实验目的1 会简单压控振荡器的设计。2 掌握压控振荡器的基本原理和调试方法。二实验原理压控振荡器，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/RC 3-15-1式中， ，一般 Rw4
2、 取 ，当 f=20KHz 时，我们可以先定 C，4w2RK1再求出相应的 R，一般取 之间。C=3300pF 时，由式 3-15-1 可求05得 ，则 R4=R-0.5Rw4=4K ，取标称值 。K5.4 K3.4R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。R w1+R1 支路、R w2+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 0.10.5mA 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
3、小 10V，最大30V，根据实际情况选择。R w1 以能改变电压范围超过 3V 即可。但不是越大越好，也可通过实验调试取得。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 ，变化范围在 4V 左右，应 Rw1 在上，R 1 在下，否则电路不能正常K10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节。1、8、12 控制端一般对地应接抗干扰电容，以防调节电位器时产生的高频噪声引入电路引起故障。常选 0.1 独石电容，代码 104。F方波输出为 OC 型电路，所以必须接上拉电阻，一般电流控制在 1mA 左右，本例中， 。mA2.1K06RVbECD1 为保护管
4、，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 以上，否则输出幅度将减小。若要与后1级电路相连，最好加一隔直电容。容量 以上。F05G8031 2345678 910112C30.1Rw10kR120kR210kRw210kRw310kR310kC20.1 C30p VE(-6V)RL10kRb10kR54.7kRw4 1kD1IN48R4.7k VC(+6V)图 3-15 G803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
5、行 F/V 转换。适用于作精密频率电压转换器、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：1Hz100KHz；（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 ；C/pm30（6） 小功耗：5V 时为 15mW；（7） 脉冲输出与所在逻辑形式电路兼容；（8） 输入电压：0.2V +V CC图 3-15-2 为 LM331 的逻辑图与外形图。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
6、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3-15-2SRV9.1I由于 C 的平均充电电流 ，平均放电电流 ，故ftICRVi
7、nN可得： RVftIinNC由上式可求出输出脉冲频率 f 为：3-15-3C09.2tItIf tSininC式中，t=1.1R tCt 为电流源的接通时间。通常输入电压 Vin=110V 时，输出频率为 010KHz。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。电 流 源单 脉 冲计 时 器VC RX Ct RifoET43526vNCRRS 电 子 开 关7输 入 比 较 器（ a） 逻 辑 框 图 LM312 8134 567电 流 输 出基 准 电 压频 率 输 出地 定 时 Rx/C阈 值比 较 输 入VC(b)外 形 图图 3-152 LM31压
8、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 用来调节 LM331 的增益偏差和由 Ct、R t、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、R 3 组成的低通滤波器。滤波电容大多选 0.1 左右。3 脚为频率输出端，驱动三极管 T 必须外接电阻 RL，电流控制在 1mA 左右，如果后接 TTL 电路，则 VL 接+5V 电源， 。无要求时，可与 VCC 相连，R LK10相应改变。LM3112345678R3 10kR120kRW250kR25.1k C1 R10k RW15kfo1
9、kHZ8kZVL(+5V)VC(+12V)Rx6.8kCx 0.1RSC10.图 3-153 LM31构 成 的 压 控 振 荡 器 电 路sR在图 3-15-3 中， ，一般用一只固定电阻 和一只可变电阻K4RS K12串联组成。为了保证精度和稳定性， 最好选用金属膜电阻，R w1 的调节要细致，K5 S可选多圈电位器。R t 建议 ， ，这样可求出 ，取8.6F01.Ct0。C 建议用 聚苯乙烯，其它电容选瓷片电容即可。7 脚电阻 R3 应与 R 相10F1同。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 0.1
10、V，最高不超过 10V。分压电路电流一般取0.10.5mA 即可。例如，要求 fo=1KHz8KHz，则可求出电位器变化范围应不小于 1V8V范围。先确定分压支路电流为 0.2mA，则总电阻 ，即K60mA2.V1.0RC总。电位器 Rw2 调至最低端时， ，则：K60R2w1 CinL总3-15-4K56012VCin2总取标称值 R2=5.1K ，同理，由 即可求出V8RC2winH总K40618VCi2w总故取 ，取 。应该适当加大，保证调节范围。K351.40R2w50R2w最后， ，确定好元件值之后，再进行一次验算，满足406要求即可，为了保证获得电压的调节细度，可选多圈电位器。另一
11、种方式先定 Rw2，只要手头有 电位器一只即可。然后再求其它电K501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，参考本实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 200Hz2KHz 连续可调正弦波，非线性失真系数 ，%5双电源供电，可参考图 3-15-1 所示电路。V6（2） 输出频率 100Hz10KHz 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
12、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，正负电源端标志清楚。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 VF 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 VF 曲线，算出线性度5 最终确定符合要求的成型电路。五提示设计要求中（3）应在熟悉原理的情况，参照图 3-15-1 和图 3-15-3 电路，进行简化后得到可行电路。应能方便测试 VF 特性，但线性度要求并不高。六实验报告要求1 各点电位值或波形。2 符合指标要求电路的 VF 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 主要故障分析及讨论。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，分析如果要提高 5G8038 输出正弦波质量还有哪些改进措施？对于 LM331，要使电压与频率间保持足够的线性度，还有什么方法？八仪器与器件1 仪器双踪示波器 一台多路稳压电源 一台实验板 一块2 器件5G8038 或 LM331 1 只10K 电位器 1 只100K 电位器 2 只1K 电位器 1 只50K 和 20K 电位器 各 1 只电阻、电容 若干导线 若干
