Jänniteohjattu vahvistin | VCO

Jänniteohjattu oskillaattori (VCO), kuten nimi viittaa, oskillaattorin välitön taajuus ohjataan syöttötähdellä. Se on tyyppi oskillaattorista, joka voi tuottaa laajan taajuuden (muutama Hertz - satoja giga Hertzeja) riippuen siitä, millainen DC-jännite annetaan sille.

Taajuuden ohjaus jänniteohjatuissa oskillaattoreissa

Monia muotoja VCO-oskillaattoreista käytetään yleisesti. Ne voivat olla RC-oskillaattorityyppisiä, monivivahtatyyppejä, LC-oskillaattoreita tai kristallioskillaattoreita. Jos se on RC-oskillaattorityyppinen, sen ulostulotaajuus on kääntäen verrannollinen kapasitanssiin.

LC-oskillaattorin tapauksessa ulostulotaajuus on
Voimme siis sanoa, että kun syötejännite tai ohjausjännite kasvaa, kapasitanssi pienenee. Täten, ohjausjännite ja värähtelyiden taajuus ovat suoraan verrannollisia. Kun toinen kasvaa, toinenkin kasvaa.

Yllä oleva kuva edustaa perusoperaatiota jänniteohjatuissa oskillaattoreissa. Tässä näemme, että nominaalijännitteessä, jota merkitään VC(nom), oskillaattori toimii normaalissa taajuudessa, fC(nom). Kun ohjausjännite laskee nominaalijännitettä, taajuus myös laskee, ja kun nominaalijännite kasvaa, taajuus myös kasvaa.
Varactor-diodeja, jotka ovat muuttuvia kapasitanssidiodeja (erilaisissa kapasitanssiarvoissa saatavilla), käytetään tämän muuttuvan jännitteen saamiseksi. Matalan taajuuden oskillaattoreissa kondensaattorien varautumisnopeutta muutetaan jänniteohjatuilla virtalähteillä saadaksemme muuttuvan jännitteen.

Jänniteohjattujen oskillaattorien tyypit

VCO:t voidaan luokitella niiden ulostulovaiheen mukaan:

• Harmoniset oskillaattorit

• Relaksioskillaattorit

Harmoniset oskillaattorit

Harmonisten oskillaattorien tuottama ulostulovaihe on siniä. Tätä voidaan usein kutsua lineaariseksi jänniteohjatuksi oskillaattoriksi. Esimerkkejä ovat LC- ja kristallioskillaattorit. Tässä varactor-dioden kapasitanssi muuttuu jännitteen mukaan, joka on diodin yli. Tämä puolestaan muuttaa LC-kierroksen kapasitanssin. Siksi ulostulotaajuus muuttuu. Edut ovat taajuuden vakaus suhteessa virranlähteen, melun ja lämpötilaan, sekä tarkkuus taajuuden ohjauksessa. Pääpiirteinen haittapuoli on, että tällaisia oskillaattoreita ei voida helposti toteuttaa monolitiikassa IC-issä.

Relaksioskillaattorit

Relaksioskillaattorien tuottama ulostulovaihe on särmävaaka. Tämä tyyppi voi tuottaa suuren taajuuden vähemmällä komponentteilla. Sitä voidaan pääasiassa käyttää monolitiikassa IC-issä. Relaksioskillaattorit voivat sisältää seuraavat topologiat:

• Viivepohjaiset rengas VCO:t

• Maassa olevat kondensaattorit VCO:t

• Emitterikoppeloitu VCO:t

Tässä; viivepohjaisissa rengas VCO:issa, lisäysvaiheet kytketään rengasmuotoon. Kuten nimi viittaa, taajuus liittyy jokaisen vaiheen viiveeseen. Toisen ja kolmannen tyypin VCO:t toimivat melkein samalla tavalla. Jokaisen vaiheen kuluminen on suoraan liittyvä kondensaattorin varaudumis- ja purkautumisaikaan.

Jänniteohjatuksen periaate (VCO)

VCO-kierrokset voidaan suunnitella useiden jänniteohjattujen elektroniikkakomponenttien avulla, kuten varactor-diodeilla, transistoreilla, Op-ampereilla jne. Tässä keskustelemme VCO:n toiminnasta Op-ampereilla. Piirikaavio on esitetty alla.

Tämän VCO:n ulostulovaihe on neliömuotoinen. Kuten tiedämme, ulostulutaajuus on sidoksissa ohjausjännitteeseen. Tässä piirissä ensimmäinen Op-ampere toimii integraattorina. Jännitejakelu on otettu käyttöön. Tämän ansiosta, puolet ohjausjännitteestä, joka annetaan syötteenä, annetaan Op-ampereen 1 positiiviseen terminaaliin. Sama tasoisuus jännitteestä ylläpidetään negatiivisessa terminaalissa. Tämä on säilyttää jännitepudotus vastuksessa R1 puolet ohjausjännitteestä.
Kun MOSFET on päällä, virta, joka virtaa R1 vastuksesta, kulkee MOSFET:n kautta. R2 on puolet vastusta, sama jännitepudotus ja kaksinkertainen virta kuin R1. Niinpä lisävirta lataa kytkettyä kondensaattoria. Op-ampere 1 pitää antaa asteittain kasvava ulostulujännite tarjoamaan tämän virtan.
Kun MOSFET on pois, virta, joka virtaa R1vastuksesta, kulkee kondensaattorin kautta, purkautuu. Op-ampere 1:n ulostulujännite tällä hetkellä on laskussa. Tämän seurauksena Op-ampere 1 tuottaa kolmiulotteisen vaiheen.
Op-ampere 2 toimii Schmitt-trigge