Oscil·lador controlat per tensió | VCO

Electrical4u

Camp: Electricitat bàsica

China

Què és un Oscil·lador Controlat per Voltatge

Oscil·lador controlat per voltatge (VCO), com el nom indica, la freqüència instantània de sortida de l'oscil·lador es controla amb la tensió d'entrada. És un tipus d'oscil·lador que pot produir una freqüència de senyal de sortida en un ampli rang (des de pocs Hertz fins a centenars de Giga Hertz) depenent de la tensió CC d'entrada que se li doni.

Control de freqüència en l'oscil·lador controlat per voltatge

Es fan servir moltes formes d'oscil·ladors controlats per voltatge (VCO). Poden ser del tipus oscil·lador RC, multivibrator, LC o oscil·lador de cristal. No obstant això, si és del tipus oscil·lador RC, la freqüència d'oscil·lació del senyal de sortida serà inversament proporcional a la capacitància com

En el cas de l'oscil·lador LC, la freqüència d'oscil·lació del senyal de sortida serà
Així, podem dir que quan la tensió d'entrada o de control augmenta, la capacitància disminueix. Per tant, la tensió de control i la freqüència d'oscil·lació són directament proporcionals. És a dir, quan una augmenta, l'altra també ho fa.
oscil·lador controlat per voltatge

La figura anterior representa el funcionament bàsic de l'oscil·lador controlat per voltatge. Aquí, podem veure que a la tensió de control nominal representada per VC(nom), l'oscil·lador funciona a la seva freqüència normal o de funcionament lliure, fC(nom). Quan la tensió de control disminueix des de la tensió nominal, la freqüència també disminueix i quan la tensió de control nominal augmenta, la freqüència també augmenta.
Els diodes varactor, que són diodes de capacitància variable (disponibles en diferents rangs de capacitància), s'utilitzen per obtenir aquesta tensió variable. En els oscil·ladors de baixa freqüència, la velocitat de càrrega dels condensadors es modifica utilitzant una font de corrent controlada per tensió per obtenir la tensió variable.

Tipus d'oscil·ladors controlats per voltatge

Els VCO es poden categoritzar basant-se en l'ona de sortida:

Oscil·ladors harmònics
Oscil·ladors de relaxació

Oscil·ladors harmònics

L'ona de sortida produïda pels oscil·ladors harmònics és sinusoidal. Això sovint es refereix com a oscil·lador controlat per voltatge lineal. Exemples són els oscil·ladors LC i de cristal. Aquí, la capacitància del diode varactor es varia mitjançant la tensió que hi ha sobre el diode. Això, a la vegada, altera la capacitància del circuit LC. Per tant, la freqüència de sortida canviarà. Les avantatges són la estabilitat de la freqüència respecte a la font d'alimentació, el soroll i la temperatura, i la precisió en el control de la freqüència. El principal inconvenient és que aquests tipus d'oscil·ladors no es poden implementar fàcilment en CI monolítics.

Oscil·ladors de relaxació

L'ona de sortida produïda pels oscil·ladors de relaxació és en forma de dent de sega. Aquest tipus pot proporcionar un ampli rang de freqüències utilitzant una quantitat reduïda de components. Principalment, es poden utilitzar en CI monolítics. Els oscil·ladors de relaxació poden tenir les següents topologies:

VCOs basats en anells de retard
VCOs amb condensador a terra
VCOs acoblats pel emissor

Aquí, en els VCOs basats en anells de retard, les etapes de guany s'acoplen en forma d'anell. Com el nom indica, la freqüència està relacionada amb el retard en cada etapa individual. Els segons i tercers tipus de VCOs funcionen de manera similar. El temps necessari en cada etapa està directament relacionat amb el temps de càrrega i descàrrega del condensador.

Principi de funcionament de l'oscil·lador controlat per voltatge (VCO)

VCO circuits es poden dissenyar mitjançant diversos components electrònics de control de tensió, com ara els diodes varactor, transistors, amplificadors operacionals, etc. Aquí, parlarem del funcionament d'un VCO utilitzant amplificadors operacionals. El diagrama de circuit es mostra a continuació.
principi de funcionament de l'oscil·lador controlat per voltatge
L'ona de sortida d'aquest VCO serà una ona quadrada. Com sabem, la freqüència de sortida està relacionada amb la tensió de control. En aquest circuit, el primer amplificador operacional funcionarà com un integrador. S'implementa un divisor de tensió aquí. Gràcies a això, la meitat de la tensió de control que s'aplica com a entrada es dóna al terminal positiu de l'amplificador operacional 1. Es manté el mateix nivell de tensió al terminal negatiu. Això serveix per mantenir la caiguda de tensió a través de la resistència R1 com la meitat de la tensió de control.
Quan el transistor de efecte de camp (MOSFET) està en condició d'encès, la corrent que flueix a través de la resistència R1 passa a través del MOSFET. La R2 té la meitat de la resistència, la mateixa caiguda de tensió i el doble de corrent que la R1. Així, la corrent extra carrega el condensador connectat. L'amplificador operacional 1 hauria de proporcionar una tensió de sortida gradualment creixent per subministrar aquesta corrent.
Quan el MOSFET està en condició d'apagat, la corrent que flueix a través de la resistència R1 passa a través del condensador, que es descarrega. La tensió de sortida obtinguda de l'amplificador operacional 1 en aquest moment estarà disminuint. Com a resultat, es genera una ona triangular com a sortida de l'amplificador operacional 1.
L'amplificador operacional 2 funcionarà com un disparador Schmitt. L'entrada a aquest amplificador operacional és una ona triangular, que és la sortida de l'amplificador operacional 1. Si la tensió d'entrada és superior al nivell de llindar, la sortida de l'amplificador operacional 2 serà VCC. Si la tensió d'entrada és inferior al nivell de llindar, la sortida de l'amplificador operacional 2 serà zero. Per tant, la sortida de l'amplificador operacional 2 serà una ona quadrada.
Un exemple de VCO és el CI LM566 o IC 566. És, de fet, un circuit integrat de 8 pins que pot produir dues sortides: ona quadrada i ona triangular. El circuit intern es representa a continuació.