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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=03/RC 3-15-1
式中，，一般Rw4取，当f=20KHz时，我们可以先定C，再求出相应的R，一般取之间。C=3300pF时，由式3-15-1可求得，则R4=R-0.5Rw4=4K，取标称值。
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。
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，。
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。若要与后级电路相连，最好加一隔直电容。容量以上。

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；
（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
由于C的平均充电电流，平均放电电流，故
可得：

由上式可求出输出脉冲频率f为：
3-15-3
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。

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相应改变。

在图3-15-3中，，一般用一只固定电阻和一只可变电阻串联组成。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，可选多圈电位器。Rt建议，，这样可求出，取。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。电位器Rw2调至最低端时，，则：
3-15-4
取标称值R2=5.1K，同理，由即可求出

故取，取。应该适当加大，保证调节范围。
最后，，确定好元件值之后，再进行一次验算，满足要求即可，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，双电源供电，可参考图3-15-1所示电路。
（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（可参考相应资料）。
2． 通过设计及调试，分析如果要提高5G8038输出正弦波质量还有哪些改进措施？对于LM331，要使电压与频率间保持足够的线性度，还有什么方法？
八． 仪器与器件
1． 仪器
双踪示波器 一台
多路稳压电源 一台
实验板 一块
2． 器件
5G8038或LM331 1只
10K电位器 1只
100K电位器 2只
1K电位器 1只
50K和20K电位器 各1只
电阻、电容 若干
导线 若干