VCO压控振荡器实验报告.doc

VCO压控振荡器实验报告 目录章节 设计要求及方案选择…………………………………………2 框内电路设计（EWB仿真）…………………………………5 总电路叙述…………………………………………………10 器件表………………………………………………………12 总电路图……………………………………………………13 问题及修改方案……………………………………………13 体会…………………………………………………………14 参考书目及文献资料………………………………………17 附录：总电路图………………………………………………17 设计要求及方案选择 设计内容 V/F转换（VCO压控振荡器） 2. 设计要求 输入0—10V电压，输出0—20KHz脉冲波（或者0—10KHz对称方波）。绝对误差在正负30Hz以内。 3. 设计方案 （1）RC压控振荡器 （2）双D触发器式的VCO电路 图片来源 CIC中国IC网 如图所示为双D触发器式的VCO。电路输出一个占空比50％的方波信号，而消耗的电流却很小。当输入电压为5～12V时，输出频率范围从20～70kHz。首先假设IC-A的初始状态是Q=低电平。此时VDl被关断，Vi通过Rl向Cl充电。当Cl上的电压达到一定电平时，IC-A被强制翻转，其Q输出端变成高电平，Cl通过VDl放电。同时，IC-A的CL输入端也将变成低电平，强制IC-A再翻回到Q=低电平。由于R2和C2的延时作用，保证了在IC-A返回到Q为低电平以前，把Cl的电放掉。IC-A输出的窄脉冲电流触发IC-B，产生一个占空比为50％的输出脉冲信号。 （3）具有三角波和方波输出的压控振荡器 图片来源 CIC中国IC网 如图所示为具有三角波和方波输出的压控振荡电路。该电路是一个受控制电压控制的振荡器。它具有很好的稳定性和极好的线性，并且有较宽的频率范围。电路有两个输出端，一个是方波输出端，另一个为三角波输出端。图中，A1为倒相器，A2为积分器，A3为比较器。场效应管Q1用来变换积分方向。比较器的基准电压是由稳压二极管D1、D2提供，积分器的输出和基准电压进行比较产生方波输出。电阻R5、R6用来降低Q1的漏极电压，以保证大输入信号时Q1能完全截止。电阻R7、R8和二极管D3、D4是为了防止A3发生阻塞。按图中所标元件数值，电源电压用+15V，则变换系数为1kHz／V。电路在100：1频率范围内具有低于±0.5％的线性误差。 4. 方案选择 选择第一套设计方案。理由是，设计思路比较简单易于实现；所需要的元器件以及设备实验室可以提供；该设计方案精确度高，并且频率可调。 框内电路设计（EWB仿真） 电源部分 电源部分采用采用两个15V的直流电源串联形成将其中一个电源的正极与另一个电源的负极相连并接地，从而获得+15V和-15V的电源电压。同时，在+15V的正极后面串联一个47K的定值电阻和一个100K的滑动变阻器，使得下一个原件，即电压跟随器能够得到0—10V的电压。 电压跟随器 电压跟随器采用353芯片中的电压跟随器。作用是使电源电阻对后续电路不产生影响，从而确保后续电阻的线性性能。 反向积分器 反向积分器的电阻部分采用了一个51K的定值电阻和一个阻值为10K的滑动变阻器串联形成。目的是为了更方便和更精确的调整反向积分器的积分时间。电容的大小暂定为0.01μF，这个值是根据EWB仿真实验测定出来的。但是，由于仿真实验的环境是完全理想的，所以，在实际的实验当中这个电容的大小非常不合适，因此做了较大的修改。这个问题将在后续的“问题及修改方案”章节中涉及到。使用二极管的目的是使得反向积分器的输出电压控制在-0.7V以上。反向积分器中的预算放大器同样使用的是353芯片中提供的。 相关计算： 令输入电压为10V，则根据反响积分电路的计算公式则有，可以推出-10V=*10V*T，其中T=1/F=0.05ms。因为要求输出波形是脉冲波形，所以，反向积分器的正向充电时间必须是反向充电时间的4倍以上。所以，-10V=*10V*0.8*T 。 输出波形如图： 4.555单稳态触发器 555构成的单稳态触发器的相关计算： 当555单稳态触发器的TRI端（即2脚）的电压小于1/3Vcc（即5V）时，单稳态触发器的OUT端（即3脚）输出高电频。经过一段时间后自动恢复到低电频。高电频的时间又构成单稳态触发器的电阻R6和电容C2共同决定的，计算公式为TPO=1.1*R6*C2=1.1*3kΩ*2000pF=6*10-6S 555单稳态触发器OUT端的输出波形 5.开关电路 当555构成的单稳态触发器的OUT端（即2脚）输出高电频时，三极管的基极电压大约为-1V左右，三极管的发射极电压在稳压管的作用下大约为-3V左右，三极管导通。 当555构成的单稳态触发器的OUT端