Управляем оскълатор с напрежение | VCO

Управляем с напрежение осцилатор (VCO), както следва от името, моментната честота на изходния сигнал на осцилатора се контролира от входното напрежение. Това е вид осцилатор, който може да произвежда изходна сигнална честота в голям диапазон (няколко херца до стотици гигахерца) в зависимост от даденото му входно постоянодействащо напрежение.

Контрол на честотата в управляем с напрежение осцилатор

Много форми на VCO обикновено се използват. Могат да бъдат RC осцилатор или мултивибратор тип, LC или кристален осцилатор тип. Ако обаче е RC осцилатор, честотата на колебанията на изходния сигнал ще бъде обратнопропорционална на емпитета като

В случая на LC осцилатор, честотата на колебанията на изходния сигнал ще бъде
Така, можем да кажем, че при увеличаване на входното напрежение или контролното напрежение, емпитетът намалява. Следователно, контролното напрежение и честотата на колебанията са прямо пропорционални. Тоест, когато едното се увеличава, другото също се увеличава.

Фигурата по-горе представлява основната работа на управляем с напрежение осцилатор. Тук можем да видим, че при номинално контролно напрежение, представено с VC(nom), осцилаторът работи при своята свободна или нормална честота, fC(nom). Когато контролното напрежение намалява от номиналното, честотата също намалява, а когато номиналното контролно напрежение се увеличава, честотата също се увеличава.
Диодите варактори, които са диоди с променлива емпитет (налични в различен диапазон на емпитет), се използват за получаване на това променливо напрежение. За осцилатори с ниска честота, скоростта на зареждане на емпитетите се изменя с помощта на източник на ток, управляван от напрежението, за да се получи променливо напрежение.

Видове управляем с напрежение осцилатор

VCO могат да бъдат класифицирани според изходната вълнова форма:

• Хармонични осцилатори

• Осцилатори на релаксация

Хармонични осцилатори

Изходната вълнова форма, произвеждана от хармоничните осцилатори, е синусоидална. Това често се нарича линейен управляем с напрежение осцилатор. Примери са LC и кристални осцилатори. Тук, емпитетът на диода варактор се променя от напрежението, което е през диода. Това в резултат променя емпитета на LC контура. Следователно, изходната честота ще се промени. Преимуществата са стабилността на честотата в сравнение със запаса от мощност, шума и температурата, точността в контрола на честотата. Основната недостатъчност е, че този вид осцилатори не могат лесно да бъдат реализирани на монолитни ИЦ.

Осцилатори на релаксация

Изходната вълнова форма, произвеждана от осцилаторите на релаксация, е пилаобразна. Този вид може да даде голям диапазон на честоти с използването на малко компоненти. Предимно се използва в монолитни ИЦ. Осцилаторите на релаксация могат да имат следните топологии:

• VCO с замкнато кръгово забавяне

• VCO с заземена емпитета

• VCO с емитър-свързани

Тук, в VCO с замкнато кръгово забавяне, етапите на усиление са свързани във вид на пръстен. Както следва от името, честотата е свързана с забавянето във всеки един етап. Вторият и третият вид VCO работят почти по същия начин. Времето, което се отнема във всеки етап, е директно свързано с времето за зареждане и разряждане на емпитета.

Принцип на действие на управляем с напрежение осцилатор (VCO)

VCO вериги могат да бъдат проектирани с помощта на много компоненти, управлявани от напрежението, като диоди варактори, транзистори, ОУ и т.н. Тук ще обсъдим работата на VCO с помощта на ОУ. Диаграмата на веригата е показана по-долу.

Изходната вълнова форма на този VCO ще бъде правоъгълна. Както знаем, изходната честота е свързана с контролното напрежение. В тази верига, първият ОУ ще функционира като интегратор. Елементът делител на напрежение е използван тук. Благодарение на това, половината от контролното напрежение, което е дадено като вход, е подадено на положителния вход на ОУ 1. Същият ниво на напрежение се поддържа на отрицателния вход. Това е за поддържане на падане на напрежението през резистора, R1 като половината от контролното напрежение.
Когато MOSFET е включен, токът, който протича през резистора R1, минава през MOSFET. R2 има половината резистивност, същото падане на напрежението и два пъти по-голям ток, отколкото R1. Така, допълнителният ток зарежда свързаната емпитета. ОУ 1 трябва да предостави постепенно нарастващо изходно напрежение, за да достави този ток.
Когато MOSFET е изключен, токът, който протича през резистора R1резистор, минава през емпитета, който се разкаржа. Изходното напрежение, получено от ОУ 1 в този момент, ще пада. В резултат, се генерира триъгълна вълнова форма като изход на ОУ 1.
ОУ 2 ще работи като триггер Шмит. Входът към този ОУ е триъгълна вълна, която е изходът на ОУ 1. Ако входното напрежение е по-високо от пороговото ниво, изходът от ОУ 2 ще бъде VCC. Ако входното напрежение е по-ниско от пороговото ниво, изходът от ОУ 2 ще бъде нула. Следователно, изходът на ОУ 2 ще бъде правоъгълна вълна.
Пример за VCO е LM566 IC или IC