可调压控振荡器的设计

1、频率、占空比可变的压控振荡电路的设计摘要：电压/频率转换是模数转换技术不可缺少的部分。在仪器仪表, 自动控制中得到广泛的应用, 步进电机驱动中更是经常碰到。课本中提供了一种简易压控振荡器的设计方法，本文将在理解课本基本思路的基础上设计一个频率和占空比可变的电压控制振荡电路。关键词：压控振荡电路 波形分析 电容储能电压控制振荡电路有很多种设计方法，其中课本上采用的“电荷平衡式振荡电路”和“复位式振荡电路”都是基于积分电路来实现的。其基本设计思路可以通过倒推的方法来进行复原：（1）首先需要输出一定频率的振荡波形（假定为矩形波），对这一要求，滞回比较器就可以满足；（2）滞回比较器需要阈值电压才能进行

2、跳转，所以需要一个前级电路给它输入阈值电压，这一点如果要和“电压幅值-时间”联系起来最好的办法就是对电压幅值进行积分，故我们需要一个积分电路来对输入电压的一个相关量进行积分；（3）有了全部的两级电路之后，为了使滞回比较器获得“跳转”的信号，需要将滞回比较器输出的电压反馈回来告诉积分电路何时进行积分，当不需要积分电路工作的时候，需要让电容上积累的电荷释放掉。至此，就可以完成一个对于压控振荡电路的设计。下面设计一个可以对同一输入信号输出频率可调、占空比可调的压控振荡电路。1 电路设计和仿真波形参考课本对于压控振荡器的设计思路，设计如下所示的电路图，其中参数设置参考了8.5节部分内容。 图1 电路设

3、计原理图 对输出波形进行测试，如下： 图2 仿真波形1 改变电路参数之后重新进行仿真，如下，可见实现了预期功能： 另外，还观测到电路起振阶段的波形，如下： 下面，对于电路进行理论分析。2 电路分析接下来我将从理论分析和数值分析两方面对所设计的电路进行讨论。2.1 理论分析图1中，U1组成积分运算电路，U2组成滞回比较器。在二极管D3导通时，输出端高电平，积分电路对流过C2的电流进行积分，C2的电流等于流过R2的电流；在D3截止时，积分电路中电容C2中流过的电流变成了R1、R2之中电流。以下给出定量的计算。2.2 理论计算现将电路分为D3导通和D3截止分别进行分析计算，最后计算得到频率和占空比的

4、表达式。当D3导通时：iC=0uN1R2=R4(R3+R4R2uIuo1=1R2CR4(R3+R4 uI(t1t0 +uo1(t0 当D3截止时：iC=0uN1R1+R2=R4(R3+R4(R1+R2 uIuo1=1(R1+R2CR3(R3+R4 uI(t2t1 +uo1(t1 =1R2C0.5R3(R3+R4 uI(t2t1 +uo1(t1 故得到U1的输出方程，它们的斜率即为它们在同一周期之内所占的比值，由此计算占空比得：=0.5R3R4+0.5R3=R32R4+R3根据半个周期内积分电路的初值和终值，计算振荡周期，再求倒数得到振荡频率，带入R2和C 的值即：UT=20003R4(R3+R

5、4 uIR32R4+R3TUT T =3UT(R3+R4(2R4+R3 10000R3R4uI f =10000R3R43UT(R3+R4(2R4+R3 uI至此，压控振荡电路的输出频率、输出占空比关于滑动变阻器R3、R4、uI表达式都以得出，汇总：f =10000R3R43UT(R3+R4(2R4+R3 uI=0.5R3R4+0.5R3=R32R4+R3根据所需要的得到的输出频率和输出占空比，代入上式后解二元一次方程组就可以得到想要的结果。3 设计仿真中存在的问题选取R3=R4=25k进行验证，测得t1=568.182us，T=3.864ms，f=1/T=258.8Hz。除了频率基本正确之外

6、，但是此时占空比的误差较大。理论上t1应该为1ms 左右，但是事实上t1的时间非常短。由于时间限制，并没有对此做更加深入的分析，猜想可能是因为放大器输入电阻等的影响，导致计算结果和试验结果相差较大。但是我们也可以采取工程的办法来进行调整，通过parameter sweep 等仿真功能进行调整。同时仿真中也发现，当R3和R4取的非常小时电路会失去振荡功能，这一特点希望在期末的复习中、乃至更长远的学习中能够找到答案。4 实验总结本学期我们在老师的带领下，从非常基础的元器件学习如何利用它们组成基本的单管放大电路，再从单管放大电路开始组成多级放大电路，研究其幅值、频率响应，最后将其封装组成基本的放大单

7、元运算放大器。在这之后，我们学习了“反馈”这一重要概念，并在此基础上组成了多种实用的电路单元（比例运算器、波形发生器等等）。最后，我们又重点研究了对于电路的输出级进行功率放大的问题，并对“直流电源”这一对运放非常重要的电路器件进行了研究。在本次实验的过程中，我对负反馈这一概念的体验更加深刻。因为在搭建电路的过程中，有时候将反馈接到正向输入端或者接到反相输入端两者的区别是非常大的，也会对于实验进程带来非常大的干扰。最后，感谢老师和各位助教本学期辛勤的工作，祝老师身体健康，工作、科研事事顺利！参考文献或网站1童诗白 华成英，模拟电子技术基础（第四版） 高等教育出版社 2006.52华成英，帮你学模拟电子技术基础高等教育出版社 2004.13. 电子发烧友网，压控振荡器工作原理，4. 百度文库，