对于输出频率是输入频率的函数的一些无线应用，需要一种可调谐振荡器。最常见的是用电压信号作为控制输入来改变输出频率。这些类型的振荡器被称为压控振荡器或简称VCO。
最常见的是这些被用于脉冲调制器(AM)，频率调制器(FM)和锁相环。频率通过电子控制谐振电路RLC的电压依赖性电容来改变。让我们简要地讨论一下这个概念。
大纲
VCO中的频率控制
压控振荡器有很多种形式，可以是LC或晶体振荡器，也可以是RC振荡器或多谐振荡器。下图说明了VCO的基本操作。
RC振荡器的振荡频率与电容成反比(f = 1 / (2πRC))， LC振荡器的振荡频率为1 / (2π√LC)。因此，当反向或控制电压增加时，电容减小。因此，控制电压的增加增加了振荡的频率，反之亦然。
在上图中，振荡器在标称控制电压Vc下以正常或自由运行频率运行。当控制电压高于标称电压时，频率随控制电压的增加而增加;当控制电压低于标称电压时，频率随控制电压的减小而减小。
为了实现这种变电压、变电容二极管和变容二极管，它们可用于不同的电容范围。替代方法，如改变电容器充电率，借助电压控制电流源实现低频振荡器。
电压控制振荡器的类型
压控振荡器按产生的波形类型分为谐振振荡器和弛豫振荡器两类。
谐振子
谐波或线性电压控制振荡器产生正弦输出波形。晶体和LC振荡器是这类压控振荡器的例子。在这种压控振荡器中，二极管两端的电压改变变容二极管的电容。因此变容器改变LC电路的电容，从而改变频率。
在电源方面，与弛豫振荡器相比，这些振荡器的温度和噪声频率稳定性要好得多。但是这种振荡器的缺点是它不能很容易地在单片集成电路上实现。
张弛振荡器
这些压控振荡器被用来产生一个三角形或锯齿波形。这些可以很容易地在单片集成电路上实现，可以在很宽的频率范围内进行调谐。这些振荡器又分为发射极耦合压控振荡器、接地电容压控振荡器和基于延迟的环形压控振荡器。
VCO最常见的用途有两种形式，即VCO作为不稳定的多谐振荡器和VCO作为施密特触发器。
在多谐振荡器VCO不稳定的情况下，多谐振荡器两侧的电容充电电流与外部输入电压成正比。根据电容值在多谐振荡器频率范围内进行选择。
方波是这类振荡器的输出。该方案具有操作简单、成本低、供电电流小等优点。
VCO的另一种常见形式基本上是由比较器、积分器、开关和施密特触发器组成的。定时电容通过VCO IC内部的缓冲器在一个确定的电压范围内充电，这个充电电流与调制电压成正比。
一旦达到阈值，电容停止充电并开始放电。因此，充电和放电的循环产生周期性的输出，而不是方形的形式。
压控振荡器的工作原理
使用不同的电压控制电子元件，如晶体管、变容二极管、运放等，可以做出各种各样的电路设计来实现电压控制振荡器。下图显示了一个使用不稳定多谐振荡器的简单电压控制振荡器。
在这个过程中，一个时间常数电阻R1和R2被带到外部控制线V上控制．C1和C2通过R1和R2放电的电压随V的变化而变化控制电压。因此，放电速度随V的增大而增大控制．
这种安排改变了晶体管基极必须上升或下降的基极电压。因此，通过这些RC元件和tun ON或OFF晶体管改变了输出振荡的工作频率。
电压控制振荡器的另一种电路形式如下所示，它是由两个运算放大器实现的。它在输出端产生方波，其频率由控制电压决定。第一个运放作为积分器工作。
所述控制电压施加于所述输入端，并且由于所述分压器布置，所述控制电压的一半施加于所述第一运放的正端。同样，在负端，电压保持在相同的水平，以保持R1上的压降为控制电压的一半。
当MOSFET被打开，电流从电阻R1流过MOSFET。电压现在被转换成电流信号给电容器充电。因此，要产生这个电流，第一个运放必须提供一个稳定上升的输出电压。
当MOSFET关闭时，电流从R1流过，从而使电容器放电。因此需要从第一个运放下降输出电压。因此，第一运放的输出为三角形波形。
第二运放作为施密特触发器工作，它接受来自第一运放的三角波作为输入。当输入电压高于阈值电平时，输出Vcc，如果输入低于阈值电平，输出为零。因此在输出端产生方波输出。
电压控制振荡器使用LM566
LM566是一个电压控制振荡器IC单元，它由内部电路产生三角形和方波信号，其频率由外部电容和电阻设置或调整，然后应用直流电压。
下图是LM566 IC的框图，电流源以电阻R1设定的速率对外部电容进行充放电，同时控制直流输入电压。为了使电容器在充放电之间进行切换，采用施密特触发电路，如图所示。
通过缓冲放大器输出由施密特触发器产生的方波电压和电容上的三角电压。
锁相环路
电压控制振荡器是锁相环的重要组成部分。相位时钟环路是在许多数字和模拟应用中使用的模拟积木。它们用于许多数字和通信系统的时钟恢复，也用于电视和无线通信系统的频率合成器，以选择各种信道。
锁相环的工作方式是这样的，电压控制振荡器的频率和相位与第二个参考信号同步。如图所示，它是由压控振荡器、低通滤波器和鉴相器组成的电子电路。它能够与输入信号同步或锁定。
当输入信号的频率发生变化时，相位比较器将输入信号的频率与振荡器输出信号的频率进行比较，产生相位差信号。
该输出被低通滤波器过滤，产生滤波器输出为V控制控制压控振荡器的频率，直到频率和相位差变为零。在这一点锁相环被锁定或同步到输入频率。锁相环主要用于频率合成和调频应用。
VCO的应用
- 语气发电机
- 函数发生器
- 锁相环
- 在合成器中产生可变音调以制作电子音乐
- 在通信设备中，它们被用作频率合成器
- 时钟生成器
- 频移键控
