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(biāo)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(dāng)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1

圖2


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(dāng)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(yīng)用中這應(yīng)該是可以接受的，因為此時不需要特殊的精度。


圖3

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)莨埽嚷士筛哌_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(yīng)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(fù)載。

這種特性某種程度上是可計算且可預(yù)測的，甚至可以從數(shù)據(jù)表做。可以在微軟Excel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(dāng)?shù)牧考?。仔?xì)布線可以盡量減少這個問題，增加范圍。

圖4

注意低輸入電壓、變?nèi)莨茼憫?yīng)，以及固定電容轉(zhuǎn)換器響應(yīng)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(yīng)用。