實驗   壓控振蕩器

一、實驗目的

　  了解壓控振蕩器的組成及調試方法

二、實驗原理

調節可變電阻或可變電容可以改變波形發生電路的振蕩頻率，一般是通過人的手來調節的。而在自動控制等場合往往要求能自動地調節振蕩頻率。常見的情況是給出一個控制電壓（例如計算機通過接口電路輸出的控制電壓），要求波形發生電路的振蕩頻率與控制電壓成正比。這種電路稱為壓控振蕩器，又稱為VCO或u-f轉換電路。

利用集成運放可以構成精度高、線性好的壓控振蕩器。下面介紹這種電路的構成和工作原理，并求出振蕩頻率與輸入電壓的函數關系。

1、電路的構成及工作原理

怎樣用集成運放構成壓控振蕩器呢？我們知道積分電路輸出電壓變化的速率與輸入電壓的大小成正比，如果積分電容充電使輸出電壓達到一定程度后，設法使它迅速放電，然后輸入電壓再給它充電，如此周而復始，產生振蕩，其振蕩頻率與輸入電壓成正比。即壓控振蕩器。圖15-1就是實現上述意圖的壓控振蕩器(它的輸入電壓U_i＞0)。

圖15－1所示電路中A₁是積分電路，A₂是同相輸入滯回比較器，它起開關作用。當它的輸出電壓u₀₁=+U_Z時，二極管D截止，輸入電壓（U_i＞0），經電阻R₁向電容C充電，輸出電壓u_o逐漸下降，當u₀下降到零再繼續下降使滯回比較器A₂同相輸入端電位略低于零，u_O1由+U_Z跳變為－U_Z，二極管D由截止變導通，電容C放電，由于放電回路的等效電阻比R₁小得多，因此放電很快，u_O迅速上升，使A₂的u₊很快上升到大于零，u_O1很快從－U_Z跳回到+U_Z，二極管又截止，輸入電壓經R₁再向電容充電。如此周而復始，產生振蕩。

圖15－2所示為壓控振蕩器u_O和u_O1的波形圖。

2、振蕩頻率與輸入電壓的函數關系

可見振蕩頻率與輸入電壓成正比。

上述電路實際上就是一個方波、鋸齒波發生電路，只不過這里是通過改變輸入電壓U_i的大小來改變輸出波形頻率，從而將電壓參量轉換成頻率參量。

壓控振蕩器的用途較廣。為了使用方便，一些廠家將壓控振蕩器做成模塊，有的壓控振蕩器模塊輸出信號的頻率與輸入電壓幅值的非線性誤差小于0.02%，但振蕩頻率較低，一般在100Kz以下。

圖15－1  壓控振蕩器實驗電路

三、實驗設備與器件

　  1、 ±12V 直流電源     2、 雙蹤示波器

3、 交流毫伏表         4、 直流電壓表

5、 頻率計             6、 運算放大器 μA741×2、

7、穩壓管 2CW231×1    8、二極管 IN4148×1

9、電阻器、電容器若干。

圖15－2   壓控振蕩器波形圖

四、實驗內容

　  1、 按圖15－1接線，用示波器監視輸出波形

2、 按下表的內容，測量電路的輸入電壓與振蕩頻率的轉換關系

3、用雙蹤示波器觀察并描繪u₀、u₀₁波形。

五、實驗總結

作出電壓─頻率關系曲線，并討論其結果。

六、預習要求

　　1、 指出圖15－1中電容器C的充電和放電回路。

　　2、 定性分析用可調電壓U_i改變u_O頻率的工作原理。

3、電阻R₃和R₄的阻值如何確定？當要求輸出信號幅值為12U_OPP， 輸入電壓值為3V，輸出頻率為3000Hz，計算出R₃、R₄的值