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压控振荡器

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指输出频率与输入控制电压有对应关系的振荡电路(VCO),频率是输入信号电压的函数的振荡器VCO,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。英文:voltage-controlled oscillator 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ω00称为自由振荡角频率;曲线在ω00处的斜率K0称为控制

英文:voltage-controlled oscillator

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。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。

压控振荡器[1]的类型有LC压控振荡器、RC压控振荡器和晶体压控振荡器。对压控振荡器的技术要求主要有:频率稳定度好、控制灵敏度高、调频范围宽、频偏与控制电压成线性关系并宜于集成等。晶体压控振荡器的频率稳定度高,但调频范围窄;RC压控振荡器的频率稳定度低而调频范围宽,LC压控振荡器居二者之间。

在任何一种LC振荡器中,将压控可变电抗元件插入振荡回路就可形成LC压控振荡器。早期的压控可变电抗元件是电抗管,后来大都使用变容二极管。图 2是克拉泼型LC压控振荡器的原理电路。图中,T为晶体管,L为回路电感,C1、C2、Cv为回路电容,Cv为变容二极管反向偏置时呈现出的容量;C1、C2通常比Cv大得多。当输入控制电压uc改变时,Cv随之变化,因而改变振荡频率。这种压控振荡器的输出频率与输入控制电压之间的关系为

式中C0是零反向偏压时变容二极管的电容量;φ 是变容二极管的结电压;γ 是结电容变化指数。为了得到线性控制特性,可以采取各种补偿措施。

RC压控振荡器  在单片集成电路中常用RC压控多谐振荡器(见调频器)。

在用石英晶体稳频的振荡器中,把变容二极管和石英晶体相串接,就可形成晶体压控振荡器。为了扩大调频范围,石英晶体可用AT切割和取用其基频率的石英晶体,在电路上还可采用展宽调频范围的变换网络。

在微波频段,用反射极电压控制频率的反射速调管振荡器和用阳极电压控制频率的磁控管振荡器等也都属于压控振荡器的性质。压控振荡器的应用范围很广。集成化是重要的发展方向。石英晶体压控振荡器中频率稳定度和调频范围之间的矛盾也有待于解决。随着深空通信的发展,将需要内部噪声电平极低的压控振荡器。

VCO的实际应用电路

某彩色电视接收机VHF调谐器中第6-12频段的本振电路如图所示电路中,控制电压VC为0.5-30V,改变这个电压,就使变容管的结电容发生变化,从而获得频率的变化。由图(3)可见,这是一典型的西勒振荡电路,振荡管呈共集电极组态,振荡频率约为170-220MHz ,这种通过改变直流电压来实现频率调节的方法,通常称为电调谐,与机械调谐相比它有很大的优越性。

压控振荡器常被用在:

1、讯号产生器。

2、电子音乐中用来制造变调。

3、锁相回路。

4、通讯设备中的频率合成器。

利用压控振荡器来控制频率

高频压控振荡器的电压控制频率部份, 通常是用变容二极管C 与电感 L, 所接成的 LC 谐振电路。提高变容二极管的逆向偏压, 二极管内的空泛区会加大, 两导体面之距离一变长, 电容就降低了, 此 LC 电路的谐振频率, 就会被提高. 反之, 降低逆向偏压时, 二极管内的电容变大, 频率就会降低.

而低频压控振荡器则依照不同频率而选择不同的方法,例如以改变对电容的充电速率为手段来得到一个电压控制的电流源。参见波型产生器。

电压控制的晶振器

一个“压控石英振荡器(voltage-controlled crystal oscillator, VCXO)”通常被使用在下列场合:当频率需要在小范围内的调整时、当正确的频率或相位对于振荡器而言是十分重要时、利用不同电压来当作控制源的振荡器、用来分散在某个频率范围内的干扰使该频段不受到太大的影响。压控石英振荡器的典型频率变化在数十个 ppm 之间,这是因为高品质系数(Quality Factor, or Q Factor)的石英振荡器只会产生少量的频率范围位移。

当射频电路发射(transmitter)电波时会有热量产生而发生频率漂移,而使得“温度补偿压控石英振荡(temperature-compensated VCXO, TCVCXO)”被广泛的使用,因为 TCVCXO 不会受到温度的影响而改变其压电特性。[2]