增加RC压控振荡器的频率区间

典型的电压-频率转换器也叫VCO（压控振荡器），其中IC的输入电压对输出频率有一个简单的调节特性。它的一般形式为F=kV/RC，其中，RC是相关定时电阻与电容的时间常数。这些器件的输出频率范围很广，但很少有器件能够在一组RC时间常数的整个区间内做调谐。但是，如果随输入电压的变化而改变定时比率，则可以用一个实现方法，将调谐区间放大到几乎整个频率范围。

实现这一目标的方法之一是用一个可变电容替代定时电容，可变电容值可随其偏压而作反向改变，这就是变容二极管。对于本设计，考虑采用ADI公司的AD654电压-频率转换器，因为它很简单，带宽至少有1MHz.

图1给出了采用一个固定电阻与电容的典型实现方法。对于图中的值，当输入从0V~10V变化时，频率范围大约为10Hz~30kHz.用NTE618超突变变容管替代定时电容后（如图2所示），同样0V~10V的输入范围可获得大约10Hz~1MHz以上的调谐区间。


图1

图2


图3比较了两种转换器结构的调谐曲线。注意范围有相当大的增长，但付出了线性度的代价，另外也会影响到温度稳定性。总之，用精度换取了调谐范围，在基本应用中这应该是可以接受的，因为此时不需要特殊的精度。


图3

超突变变容二极管可在少许偏压变化下，获得大的频率变动，因为它有大的电容比。对有些超突变变容管，比率可高达15，例如NTE618就是一个AM接收机使用的超突变变容管。由于转换器频率在较大电压时会增加，电容减小，从而提高了频率。这种响应组合产生了宽的调谐范围。0.01μF的耦合电容将变容管的偏置电压与转换器核心的工作电压隔离开来。用1MΩ大阻值电阻对变容管做轻度偏置，可避免给振荡器增加负载。

这种特性某种程度上是可计算且可预测的，甚至可以从数据表做。可以在微软Excel中生成变容二极管的调谐曲线。然后，将此信息用于该转换器的电压-频率转换方程。对于NTE618，电容对于电压的近似关系表达式为：

图4表示出计算值与测量值之间的类似性。较高频率下差异更大些，因为变容二极管的电容降低到了与电路与器件杂散电容相当的量级。仔细布线可以尽量减少这个问题，增加范围。

图4

注意低输入电压、变容管响应，以及固定电容转换器响应几乎是完全相同的，因为变容管与电压有反向指数关系。实现这一范围有一个有用的结果，这就是无需设置转换器之间的开关就能扩展调谐范围。采用这种方案并结合锁相环、调制器或函数发生器，就可以探讨做其它有用和有趣的应用。