增加RC壓控振蕩器的頻率區(qū)間

典型的電壓-頻率轉(zhuǎn)換器也叫VCO（壓控振蕩器），其中IC的輸入電壓對(duì)輸出頻率有一個(gè)簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)特性。它的一般形式為F=kV/RC，其中，RC是相關(guān)定時(shí)電阻與電容的時(shí)間常數(shù)。這些器件的輸出頻率范圍很廣，但很少有器件能夠在一組RC時(shí)間常數(shù)的整個(gè)區(qū)間內(nèi)做調(diào)諧。但是，如果隨輸入電壓的變化而改變定時(shí)比率，則可以用一個(gè)實(shí)現(xiàn)方法，將調(diào)諧區(qū)間放大到幾乎整個(gè)頻率范圍。

實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的方法之一是用一個(gè)可變電容替代定時(shí)電容，可變電容值可隨其偏壓而作反向改變，這就是變?nèi)荻O管。對(duì)于本設(shè)計(jì)，考慮采用ADI公司的AD654電壓-頻率轉(zhuǎn)換器，因?yàn)樗芎?jiǎn)單，帶寬至少有1MHz.

圖1給出了采用一個(gè)固定電阻與電容的典型實(shí)現(xiàn)方法。對(duì)于圖中的值，當(dāng)輸入從0V~10V變化時(shí)，頻率范圍大約為10Hz~30kHz.用NTE618超突變變?nèi)莨芴娲〞r(shí)電容后（如圖2所示），同樣0V~10V的輸入范圍可獲得大約10Hz~1MHz以上的調(diào)諧區(qū)間。


圖1

圖2


圖3比較了兩種轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)的調(diào)諧曲線。注意范圍有相當(dāng)大的增長(zhǎng)，但付出了線性度的代價(jià)，另外也會(huì)影響到溫度穩(wěn)定性。總之，用精度換取了調(diào)諧范圍，在基本應(yīng)用中這應(yīng)該是可以接受的，因?yàn)榇藭r(shí)不需要特殊的精度。


圖3

超突變變?nèi)荻O管可在少許偏壓變化下，獲得大的頻率變動(dòng)，因?yàn)樗写蟮碾娙荼取?duì)有些超突變變?nèi)莨?，比率可高達(dá)15，例如NTE618就是一個(gè)AM接收機(jī)使用的超突變變?nèi)莨?。由于轉(zhuǎn)換器頻率在較大電壓時(shí)會(huì)增加，電容減小，從而提高了頻率。這種響應(yīng)組合產(chǎn)生了寬的調(diào)諧范圍。0.01μF的耦合電容將變?nèi)莨艿钠秒妷号c轉(zhuǎn)換器核心的工作電壓隔離開來。用1MΩ大阻值電阻對(duì)變?nèi)莨茏鲚p度偏置，可避免給振蕩器增加負(fù)載。

這種特性某種程度上是可計(jì)算且可預(yù)測(cè)的，甚至可以從數(shù)據(jù)表做。可以在微軟Excel中生成變?nèi)荻O管的調(diào)諧曲線。然后，將此信息用于該轉(zhuǎn)換器的電壓-頻率轉(zhuǎn)換方程。對(duì)于NTE618，電容對(duì)于電壓的近似關(guān)系表達(dá)式為：

圖4表示出計(jì)算值與測(cè)量值之間的類似性。較高頻率下差異更大些，因?yàn)樽內(nèi)荻O管的電容降低到了與電路與器件雜散電容相當(dāng)?shù)牧考?jí)。仔細(xì)布線可以盡量減少這個(gè)問題，增加范圍。

圖4

注意低輸入電壓、變?nèi)莨茼憫?yīng)，以及固定電容轉(zhuǎn)換器響應(yīng)幾乎是完全相同的，因?yàn)樽內(nèi)莨芘c電壓有反向指數(shù)關(guān)系。實(shí)現(xiàn)這一范圍有一個(gè)有用的結(jié)果，這就是無需設(shè)置轉(zhuǎn)換器之間的開關(guān)就能擴(kuò)展調(diào)諧范圍。采用這種方案并結(jié)合鎖相環(huán)、調(diào)制器或函數(shù)發(fā)生器，就可以探討做其它有用和有趣的應(yīng)用。