Co je Voltage Controlled Oscillator?

Co je napěťově řízený oscilátor?

Definice napěťově řízeného oscilátoru

Napěťově řízený oscilátor (VCO) je definován jako oscilátor, jehož výstupní frekvence je řízena vstupním napětím.

Princip fungování

Obvody VCO lze navrhnout pomocí mnoha elektronických součástek s napěťovým řízením, jako jsou varikapové diody, tranzistory, operační zesilovače atd. Zde se bude jednat o fungování VCO s použitím operačních zesilovačů. Schéma obvodu je zobrazeno níže.

Výstupní vlnová forma tohoto VCO bude čtvercová vlna. Jak víme, výstupní frekvence je spojena s řídícím napětím. V tomto obvodu první operační zesilovač slouží jako integrátor. Je zde implementován dělič napětí.

Díky tomu je polovina řídícího napětí, které je zadáno jako vstup, předána kladnému terminálu operačního zesilovače 1. Stejná úroveň napětí je udržována na záporném terminálu. To je pro udržení napěťového spadu přes odpor R1.

Když je MOSFET zapnutý, proud proudící z odporníku R1 prochází MOSFETem. R2 má poloviční odpor, stejný napěťový spád a dvojnásobný proud jako R1. Tedy, extra proud nabíjí připojený kondenzátor. Operační zesilovač 1 by měl poskytnout postupně rostoucí výstupní napětí pro zásobování tohoto proudu.

Když je MOSFET vypnutý, proud proudící z odporníku R1 prochází kondenzátorem a ten se vybíjí. Výstupní napětí získané z operačního zesilovače 1 v této chvíli bude klesat. Výsledkem je, že se generuje trojúhelníková vlna jako výstup operačního zesilovače 1.

Druhý operační zesilovač funguje jako hysterezní spínač. Přijímá trojúhelníkovou vlnu z prvního operačního zesilovače jako vstup. Pokud toto vstupní napětí překročí hranici, výstup druhého operačního zesilovače bude VCC. Pokud je pod hranicí, výstup bude nulový, což vede k čtvercové vlně na výstupu.

Příkladem VCO je integrovaný obvod LM566 nebo IC 566. Jde vlastně o osmičlenný integrovaný obvod, který může produkovat dvojitý výstup - čtvercovou vlnu a trojúhelníkovou vlnu. Vnitřní obvod je zobrazen níže.

Řízení frekvence v napěťově řízeném oscilátoru

Existuje mnoho forem VCO. Mohou to být RC oscilátory, multivibrátory, LC oscilátory nebo krystalové oscilátory. Pokud jde o RC oscilátor, frekvence výstupního signálu bude nepřímo úměrná kapacitanci jako

V případě LC oscilátoru bude frekvence výstupního signálu

Můžeme tedy říci, že s rostoucím vstupním napětím nebo řídícím napětím se kapacitance snižuje. Proto jsou řídící napětí a frekvence oscilací přímo úměrné. To znamená, že pokud jedno roste, roste i druhé.

Obrázek nahoře znázorňuje základní fungování napěťově řízeného oscilátoru. Zde vidíme, že při nominálním řídícím napětí VC(nom) oscilátor pracuje při své volné nebo normální frekvenci fC(nom).

Jakmile se řídící napětí sníží od nominálního, sníží se také frekvence a jakmile se nominální řídící napětí zvýší, zvýší se také frekvence.

Varikapové diody, které jsou dostupné v různých rozmezích, se používají k dosažení proměnného napětí. V nízkofrekvenčních oscilátorech se mění nabíjecí rychlost kondenzátorů pomocí proudu řízeného napětím.

Typy napěťově řízených oscilátorů

• Harmonické oscilátory

• Relaxační oscilátory

Aplikace

• Generátor funkcí

• Fázově uzamčený smyčka (Phase Locked Loop)

• Generátor tónů

• Frekvenční klíčování (Frequency-shift keying)

• Frekvenční modulace