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壓控振蕩器(VCO)工作原理

指輸出頻率與輸入控制電壓有對應關系的振蕩電路,常以符號(VCO)(Voltage Controlled Oscillator)。其特性用輸出角頻率ω0與 輸入控制電壓uc之間的關系曲線(圖1)來表示。圖1中,uc為零時的角頻率ω0,0稱為自由振蕩角頻率；曲線在ω0,0處的斜率K0稱為控制靈敏度。使振蕩器的工作狀態或振蕩回路的元件參數受輸入控制電壓的控制，就可構成一個壓控振蕩器。在通信或測量儀器中，輸入控制電壓是欲傳輸或欲測量的信號（調制信號）。人們通常把壓控振蕩器稱為調頻器，用以產生調頻信號。在自動頻率控制環路和鎖相環環路中，輸入控制電壓是誤差信號電壓，壓控振蕩器是環路中的一個受控部件。

圖1 壓控震蕩器的控制特性

在電子設備中，壓控振蕩器的應用極為廣泛，如彩色電視接收機高頻頭中的本機振蕩電路、各種自動頻率控制(AFC)系統中的振蕩電路、鎖相環路(PLL)中所用的振蕩電路等均為壓控振蕩器。振蕩器輸出的波形有正弦型的，也有方波型的。

變容二極管壓控振蕩器的基本工作原理

在振蕩器的振蕩回路上并接或串接某一受電壓控制的電抗元件后，即可對振蕩頻率實行控制。受控電抗元件常用變容二極管取代。

圖2

變容二極管的電容量Cj取決于外加控制電壓的大小，控制電壓的變化會使變容管的Cj變化，Cj的變化會導致振蕩頻率的改變。

對于圖中，若C1、C2值較大，C4又是隔直電容，容量很大，則振蕩回路中與L相并聯的總電容為：

變容管是利用半導體PN結的結電容受控于外加反向電壓的特性而制成的一種晶體二極管，它屬于電壓控制的可變電抗器件，其壓控特性的典型曲線如圖所示。圖中，反向偏壓從3V增大到30V時，結電容Cj從18pF減小到3pF，電容變化比約為6倍。

對于不同的Cj，所對應的振蕩頻率為

(VR為最小)

(VR為最大)

通常將fmax和fmin的比值稱為頻率覆蓋系數，以符號Kf表示，上述振蕩回路的頻率覆蓋系數為

VCO的實際應用電路

某彩色電視接收機VHF調諧器中第6-12頻段的本振電路如圖所示電路中，控制電壓VC為0.5-30V，改變這個電壓，就使變容管的結電容發生變化，從而獲得頻率的變化。由圖(3)可見，這是一典型的西勒振蕩電路，振蕩管呈共集電極組態，振蕩頻率約為170-220MHz ，這種通過改變直流電壓來實現頻率調節的方法，通常稱為電調諧，與機械調諧相比它有很大的優越性。

圖3 圖4

電視接收機VHF本振電路圖