電圧制御発振器とは何か

電圧制御発振器とは何ですか？

電圧制御発振器の定義

電圧制御発振器（VCO）は、出力周波数が入力電圧によって制御される発振器として定義されます。

動作原理

VCO回路は、バリアクタダイオード、トランジスタ、OPアンプなどの多くの電圧制御電子部品を使用して設計できます。ここでは、OPアンプを使用したVCOの動作について説明します。回路図は以下の通りです。

このVCOの出力波形は矩形波になります。出力周波数は制御電圧に関連していることが知られています。この回路では、最初のOPアンプはインテグレータとして機能します。電圧分割アレンジメントがここで実装されています。

そのため、入力として与えられた制御電圧の半分がOPアンプ1の正端子に与えられます。同じレベルの電圧が負端子にも維持されます。これは抵抗R1での電圧降下を維持するためです。

MOSFETがオン状態であるとき、R1抵抗から流れる電流はMOSFETを通ります。R2はR1の半分の抵抗値を持ち、同じ電圧降下と2倍の電流があります。そのため、余分な電流が接続されたコンデンサを充電します。OPアンプ1はこの電流を供給するために徐々に増加する出力電圧を提供する必要があります。

MOSFETがオフ状態であるとき、R1抵抗から流れる電流はコンデンサを通って放電されます。このときOPアンプ1から得られる出力電圧は低下します。その結果、OPアンプ1の出力として三角波が生成されます。

第2のOPアンプはシュミットトリガとして機能します。最初のOPアンプからの三角波を入力として受け取ります。この入力電圧が閾値を超えると、第2のOPアンプの出力はVCCになります。閾値以下の場合、出力はゼロになり、結果として矩形波が出力されます。

VCOの一例はLM566 ICまたはIC 566です。これは実際には8ピンの集積回路で、矩形波と三角波の両方の出力を生成できます。内部回路は以下の通りです。

電圧制御発振器における周波数制御

多くの形式のVCOが一般的に使用されます。RC発振器やマルチビブラータ型、LC発振器や水晶発振器型などがあります。しかし、RC発振器型の場合、出力信号の振動周波数は容量に反比例します。

LC発振器の場合、出力信号の振動周波数は以下の通りです。

したがって、入力電圧または制御電圧が増加すると、容量が減少します。よって、制御電圧と振動周波数は直接比例します。つまり、一方が増加すると、もう一方も増加します。

上記の図は、電圧制御発振器の基本的な動作を示しています。ここでは、標準制御電圧VC(nom)で発振器は自由振動または通常周波数fC(nom)で動作します。

標準電圧から制御電圧が減少すると、周波数も減少し、標準制御電圧が増加すると、周波数も高くなります。

バリアクタダイオードは、異なる範囲で利用可能な可変容量ダイオードであり、可変電圧を達成するために使用されます。低周波発振器では、コンデンサの充電率を電圧制御電流源を使用して変更します。

電圧制御発振器の種類

• 調和発振器

• リラクセーション発振器

応用

• 関数発生器

• 位相同期ループ

• 音調発生器

• 周波数シフトキー

• 周波数変調