Oscilador Controlado por Voltaje | VCO

Oscilador controlado por voltaje (VCO), como su nombre lo indica, la frecuencia instantánea de salida del oscilador está controlada por el voltaje de entrada. Es un tipo de oscilador que puede producir una señal de salida con una frecuencia en un amplio rango (desde pocos Hertz hasta cientos de Giga Hertz) dependiendo del voltaje DC de entrada proporcionado.

Control de Frecuencia en Oscilador Controlado por Voltaje

Se utilizan muchas formas de VCOs. Puede ser de tipo oscilador RC, multivibrador, LC o oscilador de cristal. Sin embargo, si es de tipo oscilador RC, la frecuencia de oscilación de la señal de salida será inversamente proporcional a la capacitancia como

En el caso del oscilador LC, la frecuencia de oscilación de la señal de salida será
Por lo tanto, podemos decir que a medida que aumenta el voltaje de entrada o voltaje de control, la capacitancia se reduce. Por lo tanto, el voltaje de control y la frecuencia de las oscilaciones son directamente proporcionales. Es decir, cuando uno aumenta, el otro también aumenta.

La figura anterior representa el funcionamiento básico del oscilador controlado por voltaje. Aquí, podemos ver que a un voltaje de control nominal representado por VC(nom), el oscilador funciona a su frecuencia normal o de libre ejecución, fC(nom). A medida que el voltaje de control disminuye desde el voltaje nominal, la frecuencia también disminuye y a medida que el voltaje de control nominal aumenta, la frecuencia también se incrementa.
Los diodos varicap, que son diodos de capacitancia variable (disponibles en diferentes rangos de capacitancia), se implementan para obtener este voltaje variable. Para los osciladores de baja frecuencia, la tasa de carga de los condensadores se altera utilizando una fuente de corriente controlada por voltaje para obtener el voltaje variable.

Tipos de Oscilador Controlado por Voltaje

Los VCO pueden clasificarse según la forma de onda de salida:

• Osciladores Armónicos

• Osciladores de Relajación

Osciladores Armónicos

La forma de onda de salida producida por los osciladores armónicos es sinusoidal. Esto a menudo se refiere como oscilador controlado por voltaje lineal. Los ejemplos son los osciladores LC y osciladores de cristal. Aquí, la capacitancia del diodo varicap se varía por el voltaje que está a través del diodo. Esto a su vez altera la capacitancia del circuito LC. Por lo tanto, la frecuencia de salida cambiará. Las ventajas son la estabilidad de frecuencia con respecto al suministro de energía, el ruido y la temperatura, la precisión en el control de la frecuencia. La principal desventaja es que este tipo de osciladores no se pueden implementar fácilmente en CI monolíticos.

Osciladores de Relajación

La forma de onda de salida producida por los osciladores de relajación es diente de sierra. Este tipo puede dar un amplio rango de frecuencia utilizando una cantidad reducida de componentes. Principalmente se puede usar en CI monolíticos. Los osciladores de relajación pueden tener las siguientes topologías:

• VCO de anillo basado en retardo

• VCO con condensador a tierra

• VCO acoplados por emisor

Aquí, en los VCO de anillo basados en retardo, las etapas de ganancia están conectadas en forma de anillo. Como su nombre indica, la frecuencia está relacionada con el retardo en cada etapa. El segundo y tercer tipo de VCO funcionan de manera similar. El período de tiempo en cada etapa está directamente relacionado con el tiempo de carga y descarga del condensador.

Principio de Funcionamiento del Oscilador Controlado por Voltaje (VCO)

VCO los circuitos pueden diseñarse mediante varios componentes electrónicos de control de voltaje, como diodos varicap, transistores, amplificadores operacionales, etc. Aquí, vamos a discutir el funcionamiento de un VCO utilizando amplificadores operacionales. El diagrama del circuito se muestra a continuación.

La forma de onda de salida de este VCO será cuadrada. Como sabemos, la frecuencia de salida está relacionada con el voltaje de control. En este circuito, el primer amplificador operacional funcionará como un integrador. Se utiliza aquí un arreglo de divisor de tensión. Debido a esto, la mitad del voltaje de control que se da como entrada se proporciona al terminal positivo del amplificador operacional 1. El mismo nivel de voltaje se mantiene en el terminal negativo. Esto es para mantener la caída de tensión a través de la resistencia, R1 como la mitad del voltaje de control.
Cuando el MOSFET está en estado de encendido, la corriente que fluye a través de la resistencia R1 pasa a través del MOSFET. La R2 tiene la mitad de la resistencia, la misma caída de tensión y el doble de corriente que la R1. Por lo tanto, la corriente adicional carga el condensador conectado. El amplificador operacional 1 debe proporcionar un voltaje de salida gradualmente creciente para suministrar esta corriente.
Cuando el MOSFET está en estado de apagado, la corriente que fluye a través de la resistencia R1 pasa a través del condensador, que se descarga. El voltaje de salida obtenido del amplificador operacional 1 en este momento estará disminuyendo. Como resultado, se genera una forma de onda triangular como la salida del amplificador operacional 1.
El amplificador operacional 2 funcionará como un disparador Schmitt. La entrada a este amplificador operacional es una onda triangular, que es la salida del amplificador operacional 1. Si el voltaje de entrada es mayor que el nivel umbral, la salida del amplificador operacional 2 será VCC. Si el voltaje de entrada es menor que el nivel umbral, la salida del amplificador operacional 2 será cero. Por lo tanto, la salida del amplificador operacional 2 será una onda cuadrada.
Un ejemplo de VCO es el IC LM566 o IC 566. Es, de hecho, un circuito integrado de 8 pines que puede producir dos salidas: onda cuadrada y onda triangular. El circuito interno se muestra a continuación.

Aplicaciones del Oscilador Controlado por Voltaje

• Generador de funciones

• Bucle de bloqueo de fase

• Generador de tonos

• Modulación por desplazamiento de frecuencia

• Modulación de frecuencia

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