压控振荡器（简称VCO）是一种电子电路，其特点是输出的振荡频率能够随着输入电压的变化而连续改变。在VCO中，通过调控输入端的电压信号，可以相应地改变内部谐振电路的参数（如电感、电容或者变容二极管的电容值），进而控制振荡器产生的输出信号频率。VCO广泛应用于各种电子系统中，特别是在无线通信设备、雷达、频率合成器、锁相环路（PLL）、电视调谐器、以及信号处理和测量设备中担任至关重要的角色。

压控振荡器的主要工作原理是利用电压对谐振元件进行控制，常见的实现方式包括：

• LC压控振荡器：通过改变电容器的电容量来调整LC谐振回路的谐振频率；

• 变容二极管压控振荡器：使用变容二极管作为可变电容元件，当反向偏置电压变化时，变容二极管的电容值随之改变，进而改变振荡频率。

VCO的主要性能参数包括工作频率范围、控制灵敏度（即单位电压变化导致的频率变化量）、输出功率、谐波抑制（对输出信号中非基波频率成分的抑制能力）以及相位噪声等。这些参数直接影响到VCO在实际应用中的稳定性和性能表现。其特性用输出角频率ω0与输入控制电压uc的关系曲线来表示（图1）。图中uc为零时的角频率ω0,0称为自由振荡角频率； ω0,0 处曲线的斜率 K0 称为控制灵敏度。在通信或测量仪器中，输入控制电压是要传输或测量的信号（调制信号）。人们通常将#压控振荡器#称为调频器，产生调频信号。在自动频率控制环路和锁相环路中，输入控制电压为误差信号电压，压控振荡器是环路中的受控元件。

压控振荡器的两大功能

压控振荡器（VCO）有自己的小类别，每个类别在生产和生活中都发挥着非常重要的作用。

高频压控振荡器的压控频率部分通常是由变容二极管C和电感L组成的LC谐振电路。增大变容二极管的反向偏置电压会增大二极管中的空区面积。随着两个导体表面之间的距离变长，电容会减小，LC电路的谐振频率会增加。相反，当反向偏置电压减小时，二极管中的电容将增大，频率将降低。

低频VCO根据不同的频率选择不同的方法，例如通过改变电容器的充电速率来获得压控电流源。

压控石英振荡器通常用于以下场合：当频率需要在小范围内调整时，当正确的频率或相位对于振荡器非常重要时，采用不同的电压作为控制源的振荡器来分散干扰一定频率范围内的干扰，使该频段不会受到太大影响。压控石英振荡器的典型频率变化在几十ppm之间。这是因为具有品质因数或 Q 因数的石英振荡器只会产生较小的频率范围偏移。射频电路传输无线电波时会产生热量并发生频率漂移，这使得“温度补偿VCXO（TCVCXO）”得到广泛应用，因为TCVCXO不会受温度影响而改变其压电特性。

压控振荡器（VCO）原理及电路说明

采用集成运算放大器可以组成精度高、线性度好的VCO。下面道合顺介绍该电路的组成、工作原理以及振荡频率与输入电压的函数关系。

1、电路组成及工作原理

如何用集成运算放大器组成压控振荡器？我们知道，积分电路输出电压的变化率与输入电压的大小成正比。如果积分电容充电使输出电压达到一定水平，请尝试快速放电，然后输入电压再次对其充电。重复这些过程就会产生振荡。振荡频率与输入电压成正比。那就是压控振荡器。

图2是实现上述目的的VCO（其输入电压Ui>0）。

图2所示电路中，A1是积分器电路，A2是同相输入磁滞比较器，起到开关的作用。当其输出电压U01=+UZ时，二极管D截止，输入电压（Ui>0）通过电阻R1对电容C充电，输出电压U0逐渐下降。当U0降至零并继续下降使磁滞比较器A2同相输入端电位略低于零时，U01由+UZ变为-UZ，二极管D由截止变为截止。导通，电容C放电。由于放电电路的等效电阻比R1小得多，因此放电速度很快。 U0迅速上升，导致A2的u+迅速上升至大于零，U01迅速从-UZ跳回到+UZ，二极管再次截止，输入电压通过R1对电容器重新充电。这样一来一回，就会产生振荡。

2、振荡频率与输入电压的函数

可以看出，振荡频率与输入电压成正比。

上述电路实际上是一个方波、锯齿波发生电路，只不过是通过改变输入电压Ui的大小来改变输出波形频率，从而将电压参数转换为频率参数。

VCO具有广泛的用途。为了方便使用，一些制造商将压控振荡器制成模块。有些压控振荡器模块的输出信号频率与输入电压幅值之间的非线性误差小于0.02%，但振荡频率较低，一般在100Kz以下。

压控振荡器（VCO）的实际应用电路

彩电接收机VHF调谐器中6～12频段本振电路如图3所示。控制电压VC为0.5～30V。改变这个电压就会改变变容二极管的结电容，从而得到频率的变化。从图（3）可以看出，这是一个典型的席勒振荡电路，振荡管为共集电极配置，振荡频率约为170-220MHz。这种通过改变直流电压来调节频率的方法通常称为电调谐，与机械调谐相比具有很大的优点。

压控振荡器（VCO）的应用

压控振荡器（VCO）因其能够在较大范围内连续调整输出频率的特性，在众多电子系统和应用领域中发挥着重要作用，以下是几个主要的应用实例：

无线通信系统：

• 在手机、基站和其他移动通信设备中，VCO用于生成载波信号，并集成在频率合成器内，根据通信协议的要求实时调整工作频率。
• 在频率 hopping 或者扩频通信技术中，VCO被用来快速切换信号频率以提高抗干扰能力和保密性。

锁相环路（PLL）：

• PLL 是一种广泛应用的频率控制和同步技术，VCO是PLL的重要组成部分之一，负责根据反馈信号调整自身的频率，以使整个系统的输出频率锁定在参考频率或期望的目标频率上。

雷达系统：

• 雷达信号发射时，需要稳定的、且能快速调整的频率信号，VCO能够满足这一需求，用于生成不同频率的脉冲信号。

数字信号处理：

• 在高速数据传输和同步电路中，VCO提供精确的时钟信号，确保数据流的正确采样和恢复。

频率合成器：

• 频率合成器用于生成多个离散或连续的频率信号，VCO作为核心部件，可以根据外部控制电压产生所需的各种频率。

测试与测量设备：

• 在电子测试仪器中，VCO用于产生可调的信号源，帮助工程师进行信号分析、校准或模拟真实世界的信号条件。

卫星通信：

• 在卫星通信系统中，VCO对于地面站和卫星之间的频率调谐至关重要。

光纤通信：

• 在光传输系统中，电信号转换成光信号前，可能需要经过频率调制，VCO在此过程中起到关键作用。

电子对抗与电子战：

• VCO可用于开发干扰源，生成特定频率的信号以干扰敌方通信或雷达系统。

医疗仪器：

• 在某些高级医疗诊断设备中，VCO可用于产生可调的超声波或射频信号，支持图像重建或治疗过程。

提示：任何需要动态控制频率、产生可调谐振荡信号或参与频率同步机制的电子系统中，都可能用到压控振荡器这一关键组件。