压控振荡器
压控振荡器的定义控振荡器工作原理及应用
压控振荡器的定义控振荡器工作原理及应用压控振荡器（Voltage Controlled Oscillator，VCO）是一种电子振荡器，它的振荡频率可以通过外部施加的电压进行控制。
VCO在电子设备中广泛应用于频率合成器、频率调制器、时钟源等领域。
VCO的工作原理如下：VCO的核心组件是一个电压控制的振荡电路，通常包含一个可变电容器或电感和运放或其他放大器。
这个电路根据控制电压的变化而变化，进而产生不同频率的输出信号。
最常见的VCO实现方式是利用电容变化来改变振荡频率。
当一个电压施加在可变电容上时，电容的值会发生变化，从而导致振荡频率的变化。
这种方式可以通过改变电压控制电容器的工作点来实现。
另一种实现方式是利用电感。
当电流通过电感时，会产生磁场，磁场的变化又导致电感的电流变化。
通过改变控制电压，可以改变电感上的电流，从而改变振荡频率。
VCO的应用非常广泛，在通信领域中，VCO经常用于频率合成器。
频率合成器通过将一个基准频率乘以一个整数倍数来产生期望的输出频率。
VCO作为频率合成器的核心部件，可以根据控制电压的变化实现多样化的输出频率。
VCO也常用于频率调制器中。
在调制过程中，VCO的频率会根据调制信号的变化而相应地发生调制。
这样一来，VCO可以将调制信号的信息嵌入到振荡信号中。
此外，VCO还被广泛应用于时钟源。
时钟源是计算机系统、通信系统、音频系统等电子设备中不可或缺的组成部分。
VCO可以根据控制电压的变化来调整时钟源的频率，从而满足不同系统的要求。
总结起来，VCO是一种通过控制电压来调整振荡频率的电子振荡器。
它通过改变电容或电感的工作状态，实现对振荡频率的调节。
VCO在频率合成器、频率调制器、时钟源等方面都起到重要作用，是现代电子设备中不可或缺的关键组件之一。
压控振荡器
压控振荡器一.基本原理信号的频率取决于输入信号电压的大小，因此称为“压控振荡器”。
其它影响压控振荡器输出信号的参数还VCO（Voltage ControlledOscillator）（压控振荡器）是指输出信号的频率随着输入信号幅度的变化而发生相应变化的设备，它的工作原理可以通过公式（5-1）来描述。
(5-1）其中，u(t)表示输入信号，y(t)表示输出信号。
由于输入信号的频率取决与输入信号的电压的变化，因此称为“压控振荡器”。
其他影响压控振荡器输出信号的参数还有信号的幅度Ac ，振荡频率fc，输入信号灵敏度kc，以及初始相位。
压控振荡器的特性用输出角频率ω0与输入控制电压uc之间的关系曲线(图1)来表示。
图中,uc为零时的角频率ω0,0称为自由振荡角频率；曲线在ω0,0处的斜率K0称为控制灵敏度。
使振荡器的工作状态或振荡回路的元件参数受输入控制电压的控制，就可构成一个压控振荡器。
在通信或测量仪器中，输入控制电压是欲传输或欲测量的信号（调制信号）。
人们通常把压控振荡器称为调频器，用以产生调频信号。
在自动频率控制环路和锁相环环路中，输入控制电压是误差信号电压，压控振荡器是环路中的一个受控部件。
压控振荡器的类型有LC压控振荡器、RC压控振荡器和晶体压控振荡器。
对压控振荡器的技术要求主要有：频率稳定度好，控制灵敏度高，调频范围宽，频偏与控制电压成线性关系并宜于集成等。
晶体压控振荡器的频率稳定度高，但调频范围窄，RC压控振荡器的频率稳定度低而调频范围宽，LC 压控振荡器居二者之间。
在MATLAB中压控振荡器有两种：离散时间压控振荡器和连续时间压控振荡器，这两种压控振荡器的差别在于，前者对输入信号采用离散方式进行积分，而后者则采用连续积分。
本书主要讨论连续时间压控振荡器。
为了理解压控振荡器输出信号的频率与输入信号幅度之间的关系，对公式（5-1）进行变换，取输出信号的相角Δ为对输出信号的相角Δ求微分，得到输出信号的角频率ω和频率f分别为：ω=2πf c+2πk c u(t) (5-3）(5-4）从式(5-4)中可以清楚地看到，压控振荡器输出信号的频率f与输入信号幅度u(t)成正比。
压控振荡器
压控振荡器压控振荡器（Voltage Controlled Oscillator，简称VCO）是一种电路，可以根据输入电压的变化而生成相应频率的信号。
VCO广泛应用于通信系统、雷达、无线电发射器等领域，是现代电子设备中不可或缺的组成部分。
方案一：基于电感-电容（LC）谐振电路的压控振荡器设计1.电路原理在LC谐振电路中，电感和电容的组合能够形成一个谐振回路。
当LC 电路中的电感和电容数值合适时，谐振电路会产生一个稳定的频率。
我们可以通过改变电容的值来改变谐振频率，从而实现压控振荡。
可将VCO分为两大模块，即振荡器电路和调谐电路。
振荡器电路：包括LC电路、放大器和反馈网络。
LC电路是谐振结构的核心，放大器用于提供振荡电路的增益，反馈网络将部分振荡输出信号输入到放大器的输入端。
2.电路实现首先，需要确定振荡器的工作频率范围和中心频率。
选择合适的电感和电容数值，使得振荡器在预期频率范围内正常工作。
接下来，设计放大器的增益和反馈网络的增益，以保证正反馈的存在，使振荡器能够自持振荡。
3.压控调谐（VCT）技术压控振荡器要能够实现频率的可调，需要采用压控调谐（Voltage Control Tuning，简称VCT）技术。
常见的VCT技术包括改变电容值、改变电感值和改变电源电压。
在本方案中，我们采用改变电容值的方法来实现压控调谐。
4.控制电路为了实现对电容值的控制，需要设计一个控制电路。
控制电路可以根据输入的电压信号来改变电容值，从而实现对振荡器频率的调节。
控制电路通常由一个比较器和一个电压-电容转换电路组成。
比较器将输入信号与参考电压进行比较，输出响应的电平控制电容值的改变。
5.特性和性能压控振荡器的性能指标包括频率稳定度、调谐范围、调谐灵敏度、输出功率等。
频率稳定度是指振荡器频率的稳定性，调谐范围是指振荡器的工作频率范围，调谐灵敏度是指输入电压变化与频率变化的关系，输出功率是指输出信号的幅值。
总结方案一是基于LC谐振电路的压控振荡器设计。
压控振荡器传递函数
压控振荡器传递函数一、概述压控振荡器（Voltage Controlled Oscillator，简称VCO）是一种可以通过调节输入电压来改变输出频率的电路。
在通信系统、雷达、卫星导航等领域中广泛应用。
本文将介绍VCO的传递函数及其相关知识。
二、VCO的工作原理VCO由振荡器和控制电路两部分组成。
其中，振荡器负责产生信号，控制电路则根据输入的电压调节振荡器的频率。
三、传递函数定义传递函数是指输入输出之间的关系，通常用数学公式表示。
在VCO中，传递函数可以表示为输出频率与输入电压之间的函数关系。
四、VCO的传递函数以下为VCO的传递函数表达式：f_out = f_min + K_vco * V_in其中，f_out为输出频率；f_min为最小输出频率；K_vco为VCO的灵敏度；V_in为输入电压。
五、解析传递函数1. 最小输出频率 f_min最小输出频率是指当输入电压为0时，VCO所能产生的最低频率。
它由振荡器本身决定，与控制电路无关。
因此，在计算传递函数时需要先确定最小输出频率。
2. 灵敏度 K_vco灵敏度是指输出频率随输入电压变化的比例关系。
它可以通过实验测量得到，也可以由VCO的设计参数计算得出。
灵敏度越大，表示VCO对输入电压的响应越灵敏。
3. 输入电压 V_in输入电压是指控制电路中用来调节VCO频率的电压信号。
它可以是直流电压、交流电压或者脉冲信号等形式。
六、传递函数应用举例以下为一个简单的例子，说明如何利用传递函数计算VCO的输出频率。
假设VCO的最小输出频率为1GHz，灵敏度为10kHz/V，输入电压为5V，则根据传递函数：f_out = f_min + K_vco * V_in可得：f_out = 1GHz + 10kHz/V * 5V = 1.05GHz因此，在输入电压为5V时，VCO的输出频率为1.05GHz。
七、总结本文介绍了VCO的工作原理、传递函数定义及其应用举例。
压控振荡器的指标
压控振荡器（VCO）的主要指标包括：
1. 频率：振荡器的输出信号的重复率，以赫兹（Hz）为单位，即每秒所包含的周期数。
频率稳定性是振荡器的基本性能指标之一，参考额定输出频率通常以百万分率（parts per million，ppm）或十亿分率（parts per billion，ppb）计。
2. 调谐范围：调节输出频率的变化范围，即振荡器的最大调谐频率和最小调谐频率的差值。
压控振荡器要有足够大的调谐范围才能满足输出频率达到所需要的值。
3. 调谐增益：即压控振荡器的灵敏度，是指单位的输入电压与输出频率的变化，一般用Kv表示，单位是Hz/V。
在实际应用上讲，压控器的灵敏度越高，噪声响应在控制线路上越强，结果干扰输出频率就越大，就会使压控振荡器的噪声性能降低。
所以需要寻找VCO的增益和噪声性能的平衡。
除此之外，压控振荡器的中心频率指的是频率调节范围的中间值，即振荡器频率的最大值和最小值的中间值，中心频率的大小取决于振荡器的结构和元器件参数，而且还随着工艺和温度相应改变。
以上内容仅供参考，如需了解更多信息，建议咨询专业人士。
压控振荡器原理和应用说明
压控振荡器（VCO）一应用范围用于各种发射机载波源、扩频通讯载波源或作为混频器本振源。
二基本工作原理利用变容管结电容Cj随反向偏置电压VT变化而变化的特点(VT=0V时Cj是最大值，一般变容管VT落在2V-8V压间，Cj呈线性变化，VT在8-10V则一般为非线性变化，如图1所示，VT在10-20V时，非线性十分明显），结合低噪声振荡电路设计制作成为振荡器，当改变变容管的控制电压，振荡器振荡频率随之改变，这样的振荡器称作压控振荡器（VCO）。
压控振荡器的调谐电压VT要针对所要求的产品类别及典型应用环境(例如用户提供调谐要求，在锁相环使用中泵源提供的输出控制电压范围等)来选择或设计，不同的压控振荡器，对调谐电压VT有不同的要求，一般而言，对调谐线性有较高要求者，VT选在1-10V，对宽频带调谐时，VT则多选择1-20V或1-24V。
图1为变容二极管的V－C特性曲线。
(V)T图1变容二极管的V－C特性曲线三压控振荡器的基本参数1 工作频率：规定调谐电压范围内的频率范围称作工作频率，通常单位为“MHz”或“GHz”。
2 输出功率：在工作频段内输出功率标称值，用Po表示。
通常单位为“dBmw”。
3 输出功率平稳度：指在输出振荡频率范围内，功率波动最大值，用△P表示，通常单位为“dBmw”。
4 调谐灵敏度：定义为调谐电压每变化1V时，引起振荡频率的变化量，用MHz/ △VT表示，在线性区，灵敏度最高，在非线性区灵敏度降低。
5 谐波抑制：定义在测试频点，二次谐波抑制=10Log(P基波/P谐波)(dBmw)。
6 推频系数：定义为供电电压每变化1V时，引起的测试频点振荡频率的变化量，用MHz/V表示。
7 相位噪声：可以表述为，由于寄生寄相引起的杂散噪声频谱，在偏移主振f0为fm的带内，各杂散能量的总和按fin平均值+15f0点频谱能量之比，单位为dBC/Hz；相位噪声特点是频谱能量集中在f0附近，因此fm越小，相噪测量值就越大，目前测量相噪选定的fm 有离F0 1KHz 、10KHz 和100KHz 几种，根据产品特性作相应规定。
压控振荡器（VCO）
压控振荡器（VCO）一应用范围用于各种发射机载波源、扩频通讯载波源或作为混频器本振源。
二基本工作原理利用变容管结电容Cj随反向偏置电压VT变化而变化的特点(VT=0V时Cj是最大值，一般变容管VT落在2V-8V压间，Cj呈线性变化，VT在8-10V则一般为非线性变化，如图1所示，VT在10-20V时，非线性十分明显），结合低噪声振荡电路设计制作成为振荡器，当改变变容管的控制电压，振荡器振荡频率随之改变，这样的振荡器称作压控振荡器（VCO）。
压控振荡器的调谐电压VT要针对所要求的产品类别及典型应用环境(例如用户提供调谐要求，在锁相环使用中泵源提供的输出控制电压范围等)来选择或设计，不同的压控振荡器，对调谐电压VT有不同的要求，一般而言，对调谐线性有较高要求者，VT选在1-10V，对宽频带调谐时，VT则多选择1-20V或1-24V。
图1为变容二极管的V－C特性曲线。
(V)T图1变容二极管的V－C特性曲线三压控振荡器的基本参数1 工作频率：规定调谐电压范围内的频率范围称作工作频率，通常单位为“MHz”或“GHz”。
2 输出功率：在工作频段内输出功率标称值，用Po表示。
通常单位为“dBmw”。
3 输出功率平稳度：指在输出振荡频率范围内，功率波动最大值，用△P表示，通常单位为“dBmw”。
4 调谐灵敏度：定义为调谐电压每变化1V时，引起振荡频率的变化量，用MHz/ △VT表示，在线性区，灵敏度最高，在非线性区灵敏度降低。
5 谐波抑制：定义在测试频点，二次谐波抑制=10Log(P基波/P谐波)(dBmw)。
6 推频系数：定义为供电电压每变化1V时，引起的测试频点振荡频率的变化量，用MHz/V表示。
7 相位噪声：可以表述为，由于寄生寄相引起的杂散噪声频谱，在偏移主振f0为fm的带内，各杂散能量的总和按fin平均值+15f0点频谱能量之比，单位为dBC/Hz；相位噪声特点是频谱能量集中在f0附近，因此fm越小，相噪测量值就越大，目前测量相噪选定的fm有离F0 1KHz、10KHz和100KHz几种，根据产品特性作相应规定。
最新实验一压控振荡器VCO的设计PPT课件
输出Spectrum的图形，可以看到m3和m4之间 的频谱分量，加入“marker”m5就可以知道振 荡器大概振荡的频率，如下图：
结果分析
从波形可以看到，振荡器已经很稳定地 振荡起来了，并且有一定的振荡时间， 从抽出两点m3，m4的数据可以看出，该 振荡波形是相当稳定的，幅度差可以不 必考虑，频谱纯度也较高，对m3和m4这 段时域进行fs变换，可以看到振荡器振荡 频率的频谱，从m5标记的数值可以看出， 该振荡器的振荡频率为1.850GHz，与设 计的指标1.8GHz有差距，需要进行调整。
工程文件创建完毕后主窗口变为下图
创建新的工程文件（续）
同时原理图设计窗口打开来自VCO的设计设计振荡器这种有源器件，第一步要做的就是 管子的选取，设计前必须根据自己的指标确定 管子的参数 ，选好三极管和变容二极管；第二 步是根据三极管的最佳噪音特性确定直流偏置 电路的偏置电阻；第三步是确定变容二极管的 VC特性，先由指标（设计的振荡器频率）确定 可变电容的值，然后根据VC曲线确定二极管两 端直流电压；第四步是进行谐波仿真，分析相 位噪音，生成压控曲线，观察设计的振荡器的 压控线性度。
如上面的做法一个，建 立如右图所示的电路图， 其中“Term”、“SPARAMETE”、 “PARAMETER SWEEP” 都可以在“Simulation－ S_Param”里面找到。变 容管的型号是“MV1404” 可以在器件库里面找到， 方法可以参考上面查找 晶体管的方法。
按VAR键并双击它，修改里面的项目，定义一 个名为：“Vbias”的变量，设置Vbias＝5V作为 Vbias的初始值。
设置HB仿真器
利用ADS里面的 HB simulation可以仿真振荡器的 相位噪音，如下图设置好HB仿真器，选择计算非 线性噪音和调频噪音。
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实验设备与器件
• 1、 模电实验箱 • 2、 双踪示波器 • 3、 万用表 • 4、 A3实验板（运算放大器 μA741×2、稳压管 2CW231×1 二极管 IN4148×1、电阻、电 容若干）。
实验目的
了解压控振荡器，及其组成与调试
• 输入Ui：1V ~ 6V • 输出 f0：100Hz ~ 600Hz
• 1、电路的构成及工作原理 • 怎样用集成运放构成压控振荡器呢？ 我们知道积分电路输出电压变化的 速率与输入电压的大小成正比，如 果积分电容充电使输出电压达到一 定程度后，设法使它迅速放电，然 后输入电压再给它充电，如此周而 复始，产生振荡，其振荡频率与输 入电压成正比。即压控振荡器。下 图就是实现上述意图的压控振荡器 (它的输入电压Ui＞0)。
Ui
压控振荡器
f0
实验原理
• 调节可变电阻或可变电容可以改变波形发生电 路的振荡频率，一般是通过人的手来调节的。 而在自动控制等场合往往要求能自动地调节振 荡频率。常见的情况是给出一个控制电压（例 如计算机通过接口电路输出的控制电压），要 求波形发生电路的振荡频率与控制电压成正比。 这种电路称为压控振荡器，又称为VCO或 u-f转换电路。 • 利用集成运放可以构成精度高、线性好的压控 振荡器。下面介绍这种电路的构成和工作原理， 并求出振荡频率与输入电压的函数关系。
_
•
IN4148
（ b ）当 uO ＝ 6V 时，二极管 D 截止，电容 C 充电， uO1 随时间负向线性增大。 当运放A2的同相端电位u2+过零时，比较器翻转， uO2=-6V。
•
_ +
A1
•
+A 2
_
•
IN4148
此时，D导通，uO2=0.6V。C迅速放电，uO1快速 正向增大。 当u2+再次过零时，比较器再次翻转，uO2=6V， 二极管再次截止。 如此周而复始，形成周期性振荡。
t
uO/V
6 T1 0 -0.6 T
t
（ c）由于二极管的导通电阻很小，电容放电时间极短， 所以，TT1。 由于
当
时，电容充电结束，此时
故
•
_
+
A1
•
+A 2
_
•
IN4148
•
_ +
A1
•
+A 2
_
•
IN4148
（a）运算放大器A1、A2各组成什么电路？ （b）画出uo1 和uo 波形； （c）写出振荡频率f0 与输入电压uI的函数关系式。 （ a ） A1 构成反相输入积分电路， A2 构成同相输入 电压比较器。
•
_ +
A1
•
+A 2
压控振荡器uO1和uO的波形图
uO1/V
t
uO/V
T1
T
t
• 2、振荡频率与输入电压的函数关系
R4 Ui 1 1 f T T1 2R 1R 3 C U Z
• 可见振荡频率与输入电压成正比。 • 上述电路实际上就是一个方波、锯齿波发 生电路，只不过这里是通过改变输入电压 Ui的大小来改变输出波形频率，从而将电 压参量转换成频率参量。
•
_ +
A1
•
+A 2
_
•
IN4148
由图可知，运放A2同相端电位
令u2+=0得
由式
知
当uO＝6V时，uO1＝-5V，比较器状态翻转。 当uO＝0.6V时，uO1＝-0.5V，比较器状态翻转。
uO1/V
0.5 0
-5
t
uO1和uO2的波形
uO/V
6
T1
0 -0.6 T
t
uO1/V
0.5 0 -5
实验电路图
•
_ A1 +
•
+A 2
_
•
IN4148
• 图所示电路中A1是积分电路，A2是同相输入滞 回比较器，它起开关作用。当它的输出电压 u0=+UZ时，二极管D截止，输入电压（Ui＞0）， 经电阻R1向电容C充电，输出电压uo1逐渐下降， 当u01下降到零再继续下降使滞回比较器A2同相 输入端电位略低于零，uO由+UZ跳变为－UZ，二 极管D由截止变导通，电容C放电，由于放电 回路的等效电阻比R1小得多，因此放电很快， uO1迅速上升，使A2的u+很快上升到大于零，uO 很快从－UZ跳回到+UZ，二极管又截止，输入 电压经R1再向电容充电。如此周而复始，产 生振荡。 • 图11.2所示为压控振荡器uO1和uO的波形图。
• 压控振荡器的用途较广。为了 使用方便，一些厂家将压控振 荡器做成模块，有的压控振荡 器模块输出信号的频率与输入 电压幅值的非线性误差小于 0.02%，但振荡频率较低，一般 在100Kz以下。
电压跟随器
_
+
uo
ui
+Байду номын сангаас
结构特点：输出电压全 部引到反相输入端，信 号从同相端输入。电压 跟随器是同相比例运算 放大器的特例。采用此 法可验证运放的好坏.
1、调节电位器，使电路起振，当输 入1V时使其输出为100Hz，用双踪示 波器观察并描绘u01、u0波形。 2、输入电压与振荡频率的转换关系
测试结果 输入电压值 输出频率值 Ui（V） 1 f（Hz） 2 3 4 5 6
实验总结
• 作出电压─频率关系曲 线，并讨论其结果。
例：图示电路为一压控振荡器。设输入电压 0<UI<6V ，运放 A1 、 A2 为理想器件；二极管 D 的正向压降为 0.6V ，稳压管 DZ 的稳定电压为 ±6V，它们的其他性能理想。
此电路是电压串联负反馈，输入电阻大， 输出电阻小，在电路中作用与分立元件的射 极输出器相同，但是电压跟随性能好。
uA741的检测
电压跟随器
+12V
-12V
输入+1V
输出=输入
实验内容与步骤
• 1、 按压控振荡器电路图接 线，用示波器观测输出波形 • 2、 按下表的内容，测量电 路的输入电压与振荡频率的 转换关系