【導讀】典型的電壓-頻率轉(zhuǎn)換器也叫壓控振蕩器,其中IC的輸入電壓對輸出頻率有一個簡單的調(diào)節(jié)特性。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時間常數(shù)的整個區(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比率,則可以用一個實現(xiàn)方法,將調(diào)諧區(qū)間放大到幾乎整個頻率范圍。那是什么辦法呢?請看下文。
典型的電壓-頻率轉(zhuǎn)換器也叫VCO(壓控振蕩器),其中IC的輸入電壓對輸出頻率有一個簡單的調(diào)節(jié)特性。它的一般形式為F=kV/RC,其中,RC是相關(guān)定時電阻與電容的時間常數(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時間常數(shù)的整個區(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比率,則可以用一個實現(xiàn)方法,將調(diào)諧區(qū)間放大到幾乎整個頻率范圍。
實現(xiàn)這一目標的方法之一是用一個可變電容替代定時電容,可變電容值可隨其偏壓而作反向改變,這就是變?nèi)荻O管。對于本設(shè)計,考慮采用ADI公司的AD654電壓-頻率轉(zhuǎn)換器,因為它很簡單,帶寬至少有1MHz.
圖1給出了采用一個固定電阻與電容的典型實現(xiàn)方法。對于圖中的值,當輸入從0V~10V變化時,頻率范圍大約為10Hz~30kHz.用NTE618超突變變?nèi)莨芴娲〞r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。注意范圍有相當大的增長,但付出了線性度的代價,另外也會影響到溫度穩(wěn)定性??傊?,用精度換取了調(diào)諧范圍,在基本應用中這應該是可以接受的,因為此時不需要特殊的精度。
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,因為它有大的電容比。對有些超突變變?nèi)莨?,比率可高達15,例如NTE618就是一個AM接收機使用的超突變變?nèi)莨?。由于轉(zhuǎn)換器頻率在較大電壓時會增加,電容減小,從而提高了頻率。這種響應組合產(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大阻值電阻對變?nèi)莨茏鲚p度偏置,可避免給振蕩器增加負載。
這種特性某種程度上是可計算且可預測的,甚至可以從數(shù)據(jù)表做??梢栽谖④汦xcel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。對于NTE618,電容對于電壓的近似關(guān)系表達式為:
圖4表示出計算值與測量值之間的類似性。較高頻率下差異更大些,因為變?nèi)荻O管的電容降低到了與電路與器件雜散電容相當?shù)牧考墶W屑毑季€可以盡量減少這個問題,增加范圍。
注意低輸入電壓、變?nèi)莨茼憫约肮潭娙蒉D(zhuǎn)換器響應幾乎是完全相同的,因為變?nèi)莨芘c電壓有反向指數(shù)關(guān)系。實現(xiàn)這一范圍有一個有用的結(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用。
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