电压如何控制频率？电荷平衡式压控振荡器原理与设计
电压如何控制频率？电荷平衡式压控振荡器原理与设计
电荷平衡式压控振荡器（Charge-Balance Voltage-Controlled Oscillator，CBVCO）是一种可以由输入电压控制输出频率的电路。本文将从比较器、方波发生器等基础知识入手，逐步深入到压控振荡器的设计，通过具体的电路设计实例，帮助读者理解其工作原理和设计方法。
简介
电荷平衡式压控振荡器虽然名字听起来很复杂，但本质上就是一个特殊的方波发生器。它的特点是高电平阶段的时间非常短，并且可以通过输入电压来控制输出方波的频率。
通过对比不同输入电压下的输出波形，我们可以看到输入电压约为-2V时，输出方波的频率大于当输入电压为550mV时的方波频率。这正是电压控制频率的基本原理。
比较器
首先回顾一下比较器的基础知识。比较器分为普通单限比较器和滞回比较器两种。单限比较器只有一个阈值电压，而滞回比较器有两个阈值电压，这种设计可以有效提高抗干扰能力。
以LM324运放为例，设计一个反相位滞回比较器。在5V电源供电下，LM324的输出高电平约为3.5V，低电平约为0V。通过计算可以得到合适的电阻值，从而实现所需的阈值电压。
方波发生器
方波发生器通常由反相滞回比较器和RC延时电路组成。通过调整RC电路的参数，可以控制方波的周期。例如，减小电阻值可以缩短充放电时间，从而减小方波周期。
电荷平衡式压控振荡器
在方波发生器的基础上，电荷平衡式压控振荡器通过不同的电路实现电容的充放电过程。充电过程由运放输出实现，而放电过程则由外加电压控制，使得充电时间远小于放电时间。这样，振荡周期就几乎只取决于外加电压。
设计时需要考虑输入电压的上限问题。为了扩展输入电压范围，可以通过减法运算电路降低输入电压的参考值。例如，如果需要输入电压范围为03V，但实际电路只能处理01V，可以通过减法电路将输入电压整体下移2V，使其满足电路要求。
实际制作
以下是用面包板制作的电荷平衡式压控振荡器电路：
下面是电路的实际测试结果：
通过测量输出信号的频率，可以反推出输入电压的大小，从而实现电压测量的功能。