Oscillateur à modulation de fréquence | VCO

Oscillateur à commande de tension (VCO), comme l'indique son nom, la fréquence instantanée de sortie de l'oscillateur est contrôlée par la tension d'entrée. C'est un type d'oscillateur qui peut produire une fréquence de signal de sortie sur une large gamme (de quelques hertz à des centaines de gigahertz) en fonction de la tension continue d'entrée qui lui est fournie.

Contrôle de fréquence dans l'oscillateur à commande de tension

De nombreuses formes d'VCOs sont généralement utilisées. Il peut s'agir d'un oscillateur RC ou multivibrateur, ou d'un oscillateur LC ou oscillateur à quartz. Cependant, si c'est un oscillateur RC, la fréquence d'oscillation du signal de sortie sera inversement proportionnelle à la capacité comme

Dans le cas d'un oscillateur LC, la fréquence d'oscillation du signal de sortie sera
On peut donc dire que lorsque la tension d'entrée ou la tension de commande augmente, la capacité diminue. Par conséquent, la tension de commande et la fréquence des oscillations sont directement proportionnelles. C'est-à-dire que lorsque l'une augmente, l'autre augmentera également.

Le schéma ci-dessus représente le fonctionnement de base de l'oscillateur à commande de tension. On peut voir ici que pour une tension de commande nominale représentée par VC(nom), l'oscillateur fonctionne à sa fréquence libre ou normale, fC(nom). Lorsque la tension de commande diminue par rapport à la tension nominale, la fréquence diminue également, et lorsque la tension de commande nominale augmente, la fréquence augmente également.
Les diodes varicap, qui sont des diodes à capacité variable (disponibles dans différentes gammes de capacité), sont mises en œuvre pour obtenir cette tension variable. Pour les oscillateurs à basse fréquence, le taux de charge des condensateurs est modifié en utilisant une source de courant commandée par tension pour obtenir la tension variable.

Types d'oscillateurs à commande de tension

Les VCO peuvent être catégorisés en fonction de la forme d'onde de sortie :

• Oscillateurs harmoniques

• Oscillateurs de relaxation

Oscillateurs harmoniques

La forme d'onde produite par les oscillateurs harmoniques est sinusoïdale. Cela peut souvent être appelé un oscillateur linéaire à commande de tension. Les exemples sont les oscillateurs LC et oscillateurs à quartz. Ici, la capacité de la diode varicap est modifiée par la tension qui se trouve à travers la diode. Cela modifie en retour la capacité du circuit LC. Par conséquent, la fréquence de sortie changera. Les avantages sont la stabilité de la fréquence par rapport à l'alimentation, au bruit et à la température, ainsi que la précision dans le contrôle de la fréquence. L'inconvénient principal est que ce type d'oscillateurs ne peut pas être implémenté facilement sur des CI monolithiques.

Oscillateurs de relaxation

La forme d'onde produite par les oscillateurs de relaxation est en dents de scie. Ce type peut fournir une large gamme de fréquences avec une quantité réduite de composants. Il peut principalement être utilisé dans les CI monolithiques. Les oscillateurs de relaxation peuvent posséder les topologies suivantes :

• VCO à anneau à retard

• VCO à condensateur mis à la masse

• VCO à émetteurs couplés

Ici, dans les VCO à anneau à retard, les étages de gain sont connectés ensemble en forme d'anneau. Comme leur nom l'indique, la fréquence est liée au retard dans chaque étage. Les deuxièmes et troisièmes types de VCO fonctionnent presque de la même manière. La période prise dans chaque étage est directement liée au temps de charge et de décharge du condensateur.

Principe de fonctionnement de l'oscillateur à commande de tension (VCO)

VCO circuits peuvent être conçus à l'aide de nombreux composants électroniques à commande de tension tels que les diodes varicap, les transistors, les amplificateurs opérationnels, etc. Ici, nous allons discuter du fonctionnement d'un VCO utilisant des amplificateurs opérationnels. Le schéma de circuit est montré ci-dessous.

La forme d'onde de sortie de ce VCO sera carrée. Comme nous le savons, la fréquence de sortie est liée à la tension de commande. Dans ce circuit, le premier amplificateur opérationnel fonctionnera comme un intégrateur. Un montage de diviseur de tension est utilisé ici. Grâce à cela, la moitié de la tension de commande donnée en entrée est appliquée au terminal positif de l'amplificateur opérationnel 1. Le même niveau de tension est maintenu au terminal négatif. Ceci est pour maintenir la chute de tension à travers la résistance, R1 à la moitié de la tension de commande.
Lorsque le MOSFET est en condition "on", le courant provenant de la résistance R1 passe à travers le MOSFET. Le R2 a la moitié de la résistance, la même chute de tension et deux fois le courant de R1. Ainsi, le courant supplémentaire charge le condensateur connecté. L'amplificateur opérationnel 1 doit fournir une tension de sortie croissante pour alimenter ce courant.
Lorsque le MOSFET est en condition "off", le courant provenant de la résistance R1passe à travers le condensateur, qui se décharge. La tension de sortie obtenue de l'amplificateur opérationnel 1 à ce moment-là sera en baisse. En conséquence, une forme d'onde triangulaire est générée en sortie de l'amplificateur opérationnel 1.
L'amplificateur opérationnel 2 fonctionnera comme un déclencheur de Schmitt. L'entrée de cet amplificateur opérationnel est une onde triangulaire, qui est la sortie de l'amplificateur opérationnel 1. Si la tension d'entrée est supérieure au niveau de seuil, la sortie de l'amplificateur opérationnel 2 sera VCC. Si la tension d'entrée est inférieure au niveau de seuil, la sortie de l'amplificateur opérationnel 2 sera zéro. Par conséquent, la sortie de l'amplificateur opérationnel 2 sera une onde carrée.
Un exemple de VCO est l'IC LM566 ou IC 566. Il s'agit en fait d'un circuit intégré à 8 broches qui peut produire des doubles sorties - ondes carrées et triangulaires. Le circuit interne est représenté ci-dessous.

Applications de l'oscillateur à commande de tension

• Générateur de fonctions

• Boucle à verrouillage de phase

• Générateur de tonalité

• Modulation de fréquence à déplacement de fréquence

• Modulation de fréquence