Spanningsgekontroleerde Ossilator | VCO
Spanningsgekontroleerde ossillasie (VCO), soos die naam suggereer, is duidelik dat die uitset se oombliklike frekwensie van die ossillasie deur die invoer spanning beheer word. Dit is 'n tipe ossillasie wat 'n uitsetseinsfrekwensie oor 'n groot bereik (paar Hertz - honderde Giga Hertz) kan produseer, afhangende van die ingevoerde DC-spanning.
Frekwensiebeheer in Spanningsgekontroleerde Ossillasie
Verskeie vorms van VCOs word algemeen gebruik. Dit kan RC-ossillasies, multivibrators, LC-ossillasies of kristalossillasies wees. Indien dit egter 'n RC-ossillasie is, sal die uitsetseinsfrekwensie invers proporsioneel wees tot die kapasiteit as
In die geval van 'n LC-ossillasie, sal die uitsetseinsfrekwensie wees
So, ons kan sê dat soos die invoerspanning of beheerspanning toeneem, die kapasiteit verlaag. Dus, is die beheerspanning en die frekwensie van die ossillasie direk proporsioneel. Dit beteken, wanneer een toeneem, neem die ander ook toe.
Die figuur hierbo verteenwoordig die basiese werking van 'n spanningsgekontroleerde ossillasie. Hier kan ons sien dat by 'n nominale beheerspanning, VC(nom), die ossillasie by sy normale frekwensie, fC(nom) werk. Soos die beheerspanning vanaf die nominale spaning verlaag, verlaag die frekwensie ook, en soos die nominale beheerspanning toeneem, neem die frekwensie ook toe.
Die varactor-diodes (veranderlike kapasiteitsdiodes, beskikbaar in verskillende kapasiteitsbereike) word gebruik om hierdie veranderlike spanning te verkry. Vir lae frekwensie-ossillasies, word die oplaaidempoed van die kapassite verander deur 'n spanningsgekontroleerde stroombron om die veranderlike spanning te verkry.
Tipes Spanningsgekontroleerde Ossillasie
VCO's kan geklassifiseer word op grond van die uitsetgolfvorm:
Harmoniese Ossillasies
Ontspanningsossillasies
Harmoniese Ossillasies
Die uitsetgolfvorm wat deur harmoniese ossillasies geproduseer word, is sinusvormig. Dit kan dikwels as 'n lineêre spanningsgekontroleerde ossillasie verwys word. Voorbeelde sluit LC- en kristalossillasies in. Hier word die kapasiteit van die varactor-diode deur die spanning wat oor die diode is, verander. Dit verander dan die kapasiteit van die LC-sirkel. Dus, verander die uitsetfrekwensie. Voordelige is frekwensiestabiliteit ten opsigte van kragvoorsiening, geraas en temperatuur, akkuraatheid in frekwensiebeheer. Die hoofnadeel is dat hierdie tipe ossillasies nie maklik op monolitiese IC's geïmplementeer kan word nie.
Ontspanningsossillasies
Die uitsetgolfvorm wat deur ontspanningsossillasies geproduseer word, is zaagtand. Hierdie tipe kan 'n groot frekwensiebereik met 'n verminderde hoeveelheid komponente gee. Dit kan hoofsaaklik in monolitiese IC's gebruik word. Ontspanningsossillasies kan die volgende topologieë hê:
Vertragingsgebaseerde ring VCO's
Gegronde kapasiteits VCO's
Emitter-gekoppelde VCO's
Hier, in vertragingsgebaseerde ring VCO's, word die versterkers in 'n ringvorm saamgevoeg. Soos die naam impliseer, is die frekwensie gerelateerd aan die vertraging in elke enkele stadium. Die tweede en derde tipe VCO's werk ongeveer dieselfde. Die tydperk in elke stadium is direk gerelateerd aan die oplaai- en ontlaaityd van die kapasite.
Werkprinsipe van 'n Spanningsgekontroleerde Ossillasie (VCO)
VCO-sirkels kan ontwerp word deur middel van baie spanningsgekontroleerde elektroniese komponente soos varactor-diodes, transistors, opamps ens. Hier gaan ons oor die werking van 'n VCO deur middel van opamps praat. Die sirkeldiagram word hieronder getoon.
Die uitsetgolfvorm van hierdie VCO sal 'n vierkantige golf wees. Soos ons weet, is die uitsetfrekwensie gerelateerd aan die beheerspanning. In hierdie sirkel funksioneer die eerste opamp as 'n integrator. Die spanningsdeeler-regstellings word hier geïmplementeer. As gevolg hiervan, word die helfte van die beheerspanning wat as invoer gegee word, na die positiewe terminal van die opamp 1 gegee. Dieselfde vlak van spanning word by die negatiewe terminal gehou. Dit is om die spanningsval oor die weerstand, R1 as die helfte van die beheerspanning te handhaaf.
Wanneer die MOSFET in die aan-toestand is, vloei die stroom van die R1-weerstand deur die MOSFET. Die R2 het half die weerstand, dieselfde spanningsval en twee keer die stroom as R1. So, die ekstra stroom laai die verbonden kapasite op. Die opamp 1 moet 'n stapsgewys toenemende uitsetspanning lewer om hierdie stroom te voorsien.
Wanneer die MOSFET in die af-toestand is, vloei die stroom van die R1-weerstand deur die kapasite, wat dan ontlaa word. Die uitsetspanning wat van die opamp 1 op hierdie tydstip verkry word, sal daal. As gevolg hiervan, word 'n driehoekige golfvorm as die uitset van opamp 1 gegenereer.
Die opamp 2 sal funksioneer as 'n Schmitt-trigger. Die invoer vir hierdie opamp is 'n driehoekige golf, wat die uitset van die opamp 1 is. Indien die invoerspanning hoër is as die drempelvlak, sal die uitset van die opamp 2 VCC wees. Indien die invoer spanning minder is as die drempelvlak, sal die uitset van die opamp 2 nul wees. Dus, sal die uitset van die opamp 2 'n vierkantige golf wees.
'n Voorbeeld van 'n VCO is die LM566 IC of IC 566. Dit is in werklikheid 'n 8-pin geïntegreerde sirkel wat dubbele uitsette - vierkantige golf en driehoekige golf - kan produseer. Die interne sirkel word hieronder getoon.
Toepassings van Spanningsgekontroleerde Ossillasie
