Was ist ein Spannungsgesteuerter Oszillator?
Was ist ein Spannungsgesteuerter Oszillator?
Definition eines Spannungsgesteuerten Oszillators
Ein Spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) ist definiert als ein Oszillator, dessen Ausgangsfrequenz durch eine Eingangsspannung gesteuert wird.
Funktionsprinzip
VCO-Schaltungen können mit Hilfe vieler spannungsgesteuerter elektronischer Bauteile wie Varicaps, Transistoren und Operationsverstärkern entworfen werden. Hier besprechen wir das Funktionieren eines VCOs mit Operationsverstärkern. Das Schaltbild ist unten dargestellt.
Die Ausgangswelle dieses VCOs wird eine Rechteckwelle sein. Wie wir wissen, hängt die Ausgangsfrequenz von der Steuerspannung ab. In dieser Schaltung fungiert der erste Operationsverstärker als Integrator. Eine Spannungsteileranordnung wird hier implementiert.
Dadurch wird die Hälfte der Steuerspannung, die als Eingang gegeben wird, an den positiven Terminal des Operationsverstärkers 1 angelegt. Die gleiche Spannungsniveau wird am negativen Terminal gehalten. Dies dient dazu, den Spannungsabfall über dem Widerstand R1 aufrechtzuerhalten.
Wenn der MOSFET eingeschaltet ist, fließt der Strom vom Widerstand R1 durch den MOSFET. Der Widerstand R2 hat die halbe Widerstandswert, den gleichen Spannungsabfall und zweimal so viel Strom wie R1. Daher lädt der zusätzliche Strom den angeschlossenen Kondensator auf. Der Operationsverstärker 1 muss eine zunehmende Ausgangsspannung liefern, um diesen Strom zu speisen.
Wenn der MOSFET ausgeschaltet ist, fließt der Strom vom Widerstand R1 durch den Kondensator und dieser entlädt sich. Die Ausgangsspannung, die in diesem Moment vom Operationsverstärker 1 erzeugt wird, fällt. Als Ergebnis wird eine Dreieckswelle als Ausgang des Operationsverstärkers 1 erzeugt.
Der zweite Operationsverstärker fungiert als Schmitt-Trigger. Er nimmt die Dreieckswelle vom ersten Operationsverstärker als Eingang. Wenn diese Eingangsspannung den Schwellwert überschreitet, wird die Ausgangsspannung des zweiten Operationsverstärkers VCC. Ist sie unter dem Schwellwert, wird die Ausgangsspannung Null, was zu einer Rechteckwelle führt.
Ein Beispiel für einen VCO ist der LM566 IC oder IC 566. Es handelt sich dabei um einen 8-Pin-Integrierten Schaltkreis, der zwei Ausgänge - Rechteckwelle und Dreieckwelle - erzeugen kann. Die interne Schaltung ist unten dargestellt.
Frequenzsteuerung im Spannungsgesteuerten Oszillator
Es gibt viele Formen von VCOs, die allgemein verwendet werden. Sie können RC-Oszillatoren, Multivibratoren, LC- oder Kristall-Oszillatoren sein. Wenn es sich jedoch um einen RC-Oszillator handelt, ist die Schwingfrequenz des Ausgangssignals indirekt proportional zur Kapazität:
Im Fall eines LC-Oszillators wird die Schwingfrequenz des Ausgangssignals
Wir können also sagen, dass, wenn die Eingangsspannung oder die Steuerspannung zunimmt, die Kapazität abnimmt. Daher sind die Steuerspannung und die Schwingfrequenz direkt proportional. Das bedeutet, wenn die eine zunimmt, nimmt auch die andere zu.
Das obige Bild zeigt das grundlegende Funktionsprinzip eines Spannungsgesteuerten Oszillators. Hier sehen wir, dass bei der Nennsteuerspannung VC(nom) der Oszillator bei seiner freilaufenden oder normalen Frequenz fC(nom) arbeitet.
Wenn die Steuerspannung von der Nennspannung abnimmt, nimmt auch die Frequenz ab, und wenn die Nennsteuerspannung zunimmt, steigt auch die Frequenz.
Varicaps, die in verschiedenen Spannungsbereichen erhältlich sind, werden verwendet, um eine variable Spannung zu erreichen. Bei Niederfrequenzoszillatoren wird die Ladungsrate der Kondensatoren durch eine spannungsgesteuerte Stromquelle verändert.
Arten von Spannungsgesteuerten Oszillatoren
Harmonische Oszillatoren
Relaxationsoszillatoren
Anwendungen
Funktionsgenerator
Phasenregelkreis
Tongenerator
Frequenzumtastung
Frequenzmodulation
