Oscillateur Commandé par Tension | VCO

ولتاژ کنترل شده (VCO)، از نام خود مشخص است که فرکانس لحظه‌ای خروجی وسیله تحریک توسط ولتاژ ورودی کنترل می‌شود. این نوع وسیله تحریک می‌تواند سیگنال خروجی با فرکانس در محدوده گسترده‌ای (چند هرتز تا صدگان گیگاهرتز) تولید کند، بسته به ولتاژ مستقیم جریان (DC) داده شده به آن.

کنترل فرکانس در ولتاژ کنترل شده

بسیاری از انواع VCO معمولاً استفاده می‌شوند. می‌تواند از نوع وسیله تحریک RC یا مولتی‌ویبراتور یا LC یا وسیله تحریک بلوری باشد. با این حال؛ اگر از نوع وسیله تحریک RC باشد، فرکانس نوسان خروجی سیگنال به صورت معکوس با ظرفیت متناسب خواهد بود

در حالت وسیله تحریک LC، فرکانس نوسان خروجی سیگنال خواهد بود
بنابراین، می‌توانیم بگوییم که با افزایش ولتاژ ورودی یا ولتاژ کنترل، ظرفیت کاهش می‌یابد. بنابراین، ولتاژ کنترل و فرکانس نوسانات به طور مستقیم متناسب هستند. یعنی وقتی یکی افزایش می‌یابد، دیگری نیز افزایش می‌یابد.

شکل بالا نشان‌دهنده عملکرد پایه‌ای ولتاژ کنترل شده است. در اینجا می‌بینیم که در ولتاژ کنترل اسمی که با VC(nom) نشان داده شده، وسیله تحریک در فرکانس عادی یا آزاد خود fC(nom) کار می‌کند. با کاهش ولتاژ کنترل از ولتاژ اسمی، فرکانس نیز کاهش می‌یابد و با افزایش ولتاژ کنترل اسمی، فرکانس نیز افزایش می‌یابد.
دیودهای واراکتور که دیودهای ظرفیت متغیر (در محدوده ظرفیت مختلف) هستند برای بدست آوردن این ولتاژ متغیر استفاده می‌شوند. برای وسایل تحریک با فرکانس پایین، نرخ شارژ kondansator با استفاده از منبع جریان کنترل شده توسط ولتاژ برای بدست آوردن ولتاژ متغیر تغییر می‌کند.

انواع ولتاژ کنترل شده

VCOها می‌توانند بر اساس موج خروجی دسته‌بندی شوند:

• وسایل تحریک هارمونیک

• وسایل تحریک ریلکسیشن

وسایل تحریک هارمونیک

موج خروجی تولید شده توسط وسایل تحریک هارمونیک سینوسی است. این می‌تواند به عنوان وسیله تحریک خطی VCO اشاره شود. نمونه‌ها شامل LC و وسیله تحریک بلوری هستند. در اینجا، ظرفیت دیود واراکتور با ولتاژ که روی دیود قرار دارد تغییر می‌کند. این به نوبه خود ظرفیت مدار LC را تغییر می‌دهد. بنابراین، فرکانس خروجی تغییر خواهد کرد. مزایا شامل ثبات فرکانس نسبت به تغذیه الکتریکی، نویز و دما، دقت در کنترل فرکانس هستند. محدودیت اصلی این است که این نوع وسایل تحریک نمی‌توانند به راحتی در IC‌های مونولیتی پیاده‌سازی شوند.

وسایل تحریک ریلکسیشن

موج خروجی تولید شده توسط وسایل تحریک ریلکسیشن پیازی است. این نوع می‌تواند محدوده گسترده‌ای از فرکانس را با استفاده از تعداد کمتری اجزا ارائه دهد. عموماً در IC‌های مونولیتی استفاده می‌شود. وسایل تحریک ریلکسیشن می‌توانند دارای توپولوژی‌های زیر باشند:

• VCOهای حلقه تاخیری

• VCOهای با کندانسور زمینی

• VCOهای با اتصال امیتر

در VCOهای حلقه تاخیری، مراحل گنجانده شده در یک حلقه به هم متصل می‌شوند. همانطور که از نام آن پیداست، فرکانس با تاخیر در هر مرحله مرتبط است. نوع دوم و سوم VCOها به طور تقریباً مشابه کار می‌کنند. زمان گذشته در هر مرحله به طور مستقیم با زمان شارژ و دیشارژ kondansator مرتبط است.

اصول کار ولتاژ کنترل شده (VCO)

مدارهای VCO می‌توانند با استفاده از اجزای الکترونیکی کنترل ولتاژ مانند واراکتور دیود، ترانزیستور، آپ‌آمپ‌ها و غیره طراحی شوند. در اینجا، ما قصد داریم درباره کارکرد یک VCO با استفاده از آپ‌آمپ‌ها صحبت کنیم. نمودار مدار در زیر نشان داده شده است.

موج خروجی این VCO مربعی خواهد بود. همانطور که می‌دانیم فرکانس خروجی با ولتاژ کنترل مرتبط است. در این مدار، اولین آپ‌آمپ به عنوان یک انتگرال‌گیر عمل می‌کند. آرایش تقسیم‌کننده ولتاژ در اینجا پیاده‌سازی شده است. به دلیل این، نیمی از ولتاژ کنترل که به عنوان ورودی داده شده به ترمینال مثبت آپ‌آمپ 1 داده می‌شود. همان سطح از ولتاژ در ترمینال منفی نگه داشته می‌شود. این برای حفظ افت ولتاژ در مقاومت R1 به عنوان نیمی از ولتاژ کنترل است.
وقتی MOSFET در حالت روشن است، جریان که از مقاومت R1 عبور می‌کند از طریق MOSFET می‌گذرد. R2 نصف مقاومت، همان افت ولتاژ و دو برابر جریان R1 را دارد. بنابراین، جریان اضافی kondansator متصل شده را شارژ می‌کند. آپ‌آمپ 1 باید ولتاژ خروجی به تدریج افزایش یافته تا این جریان را تأمین کند.
وقتی MOSFET در حالت خاموش است، جریان که از مقاومت R1 عبور می‌کند از طریق kondansator، دیشارژ می‌شود. ولتاژ خروجی که در این زمان از آپ‌آمپ 1 بدست می‌آید کاهش خواهد یافت. به عنوان نتیجه، یک موج مثلثی به عنوان خروجی آپ‌آمپ 1 تولید می‌شود.
آپ‌آمپ 2 به عنوان یک سیمیت تریگر عمل می‌کند. ورودی به این آپ‌آمپ موج مثلثی است که خروجی آپ‌آمپ 1 است. اگر ولتاژ ورودی بیشتر از سطح آستانه باشد، خروجی از