典型的電壓-頻率轉換器也叫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節(jié)特性。它的一般形式為F=kV/RC，其中，RC是相關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)間內做調諧。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，這就是變容二極管。對于本設計，考慮采用ADI公司的AD654電壓-頻率轉換器，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超突變變容管替代定時電容后（如圖2所示），同樣0V~10V的輸入范圍可獲得大約10Hz~1MHz以上的調諧區(qū)間。


圖1

圖2


圖3比較了兩種轉換器結構的調諧曲線。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镁葥Q取了調諧范圍，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。


圖3

超突變變容二極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。對有些超突變變容管，比率可高達15，例如NTE618就是一個AM接收機使用的超突變變容管。由于轉換器頻率在較大電壓時會增加，電容減小，從而提高了頻率。這種響應組合產生了寬的調諧范圍。0.01μF的耦合電容將變容管的偏置電壓與轉換器核心的工作電壓隔離開來。用1MΩ大阻值電阻對變容管做輕度偏置，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中生成變容二極管的調諧曲線。然后，將此信息用于該轉換器的電壓-頻率轉換方程。對于NTE618，電容對于電壓的近似關系表達式為：

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，因為變容二極管的電容降低到了與電路與器件雜散電容相當?shù)牧考?。仔細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、變容管響應，以及固定電容轉換器響應幾乎是完全相同的，因為變容管與電壓有反向指數(shù)關系。實現(xiàn)這一范圍有一個有用的結果，這就是無需設置轉換器之間的開關就能擴展調諧范圍。采用這種方案并結合鎖相環(huán)、調制器或函數(shù)發(fā)生器，就可以探討做其它有用和有趣的應用。