实验十五压控振荡器(方案二)

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 RC3 15 1 式中 一般 Rw4取 当 f 20KHz 时 我们可以先定 C 44w RR 2 1 R K1 再求出相应的 R 一般取之间 C 3300pF 时 由式 3 15 1 可求 K10 5R 得 则 R4 R 0 5Rw4 4K 取标称值 K54 4 R K3 4R4 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 Rw1 R1支路 Rw2 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 1 0 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小 10V 最大 30V 根据实际情况选择 Rw1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 R1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 1 K10 66 R VV b EECC D1为保护管 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 K10 级电路相连 最好加一隔直电容 容量以上 F10 5G8038 1 2 3 456 7 89 101112 C3 0 1 Rw1 10k R1 20k R2 10k Rw2 100k Rw3 100k R3 10k C2 0 1 C 3300p VEE 6V RL 100k Rb 10k R5 4 7k Rw4 1k D1 IN4148 R4 4 7k VCC 6V 图3 15 1 5G8038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 1Hz 100KHz 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 ppm30 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 VCC 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 Vin VN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 VN Vin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 VN Vin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 2 S R V9 1 I 由于 C 的平均充电电流 平均放电电流 故ftIIC R V R V inN 可得 R V R V ftII inN C 由上式可求出输出脉冲频率 f 为 3 15 3 RRC09 2 RV tIR V tI I f tt SininC 式中 t 1 1RtCt为电流源的接通时间 通常输入电压 Vin 1 10V 时 输出频 率为 0 10KHz 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 VCCRX Ct Ri fo E T 4 3 5 2 6 vN C R RS 电子开关 7 输入比较器 a 逻辑框图 LM331 2 81 3 45 6 7 电流输出 基准电压 频率输出 地定时Rx Cx 阈值 比较输入 VCC b 外形图 图3 15 2 LM331压控振荡器 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 Rt 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 R3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 RL K10RL 相应改变 LM331 1 2 3 4 5 6 7 8 R3 100k R1 20k RW2 50k R2 5 1k C 1 R 100k RW1 5k fo 1kHZ 8kHZ VL 5V VCC 12V Rx 6 8k Cx 0 01 RS C1 0 1 图3 15 3 LM331构成的压控振荡器电路 s R 在图 3 15 3 中 一般用一只固定电阻和一只可变电阻 K14RS K12 串联组成 为了保证精度和稳定性 最好选用金属膜电阻 Rw1的调节要细致 K5 S R 可选多圈电位器 Rt建议 这样可求出 取 K8 6F01 0 Ct K100R 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 K100RF1 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 1V 最高不超过 10V 分压电路电流一般取 0 1 0 5mA 即可 例如 要求 fo 1KHz 8KHz 则可求出电位器变化范围应不小于 1V 8V 范围 先确定分压支路电流为 0 2mA 则总电阻 即 K60 mA2 0 V12 mA2 0 V R CC 总 电位器 Rw2调至最低端时 则 K60RRR 22w1 V1V R R V CC 2 inL 总 3 15 4 K5K60 12 1 R V V R CC in 2总 取标称值 R2 5 1K 同理 由即可求出 V8V R RR V CC 2w2 inH 总 K40K60 12 8 R V V RR CC inH 2w2总 故取 取 应该适当加大 保证调节范围 K351 540R 2w K50R 2w 最后 确定好元件值之后 再进行一次验算 满足 K20K40K60R1 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 K50 K10 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 200Hz 2KHz 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 100Hz 10KHz 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 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 V F 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 V F 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 V F 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 V F 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