Oscilador Controlado por Voltaxe | VCO

Oscilador controlado por voltaxe (VCO), como o nome indica, a frecuencia instantánea de saída do oscilador está controlada pola voltaxe de entrada. É un tipo de oscilador que pode xerar unha sinal de saída cunha frecuencia nunha ampla gama (desde poucos Hertz a centos de Giga Hertz) en función da voltaxe DC de entrada que se lle dé.

Control de frecencia no oscilador controlado por voltaxe

Existen moitas formas de VCOs xeralmente utilizadas. Pode ser dun oscilador RC ou multivibrador, ou dun tipo LC ou oscilador de cristal. No entanto, se é dun tipo de oscilador RC, a frecuencia de oscilación do sinal de saída será inversamente proporcional á capacidade como

No caso do oscilador LC, a frecuencia de oscilación do sinal de saída será
Así, podemos dicir que, á medida que a voltaxe de entrada ou de control aumenta, a capacidade diminúe. Polo tanto, a voltaxe de control e a frecuencia de oscilación son directamente proporcionais. Isto é, cando unha aumenta, a outra tamén aumentará.

A figura anterior representa o funcionamento básico do oscilador controlado por voltaxe. Aquí, podemos ver que a voltaxe de control nominal representada por VC(nom), o oscilador funciona a súa frecuencia normal, fC(nom). A medida que a voltaxe de control diminúe desde a voltaxe nominal, a frecuencia tamén diminúe e, a medida que a voltaxe de control nominal aumenta, a frecuencia tamén aumenta.
Os diodos varactor, que son diodos de capacitancia variable (dispoñibles en diferentes rangos de capacitancia), son implementados para obter esta voltaxe variable. Para os osciladores de baixa frecencia, a taxa de carga dos condensadores é alterada usando unha fonte de corrente controlada por voltaxe para obter a voltaxe variable.

Tipos de oscilador controlado por voltaxe

Os VCOs poden categorizarse baseándose na forma de onda de saída:

• Osciladores harmónicos

• Osciladores de relaxación

Osciladores harmónicos

A forma de onda de saída producida polo oscilador harmónico é sinusoidal. Esto adoita chamarse oscilador controlado por voltaxe linear. Os exemplos son os osciladores LC e osciladores de cristal. Aquí, a capacidade do diodo varactor é variada pola voltaxe que está a través do diodo. Isto, a súa vez, altera a capacitancia do circuito LC. Polo tanto, a frecuencia de saída cambiará. As vantaxes son a estabilidade da frecuencia con respecto ao abastecemento de enerxía, ao ruído e á temperatura, a precisión no control da frecuencia. O principal inconveniente é que este tipo de osciladores non pode ser implementado facilmente en CI monolíticos.

Osciladores de relaxación

A forma de onda de saída producida polo oscilador de relaxación é dente de serra. Este tipo pode dar unha ampla gama de frecencias utilizando unha cantidade reducida de compoñentes. Principalmente, pode usarse en CI monolíticos. Os osciladores de relaxación poden ter as seguintes topoloxías:

• VCOs de anel baseados en retardo

• VCOs de condensador a terrado

• VCOs acoplados polo emisor

Aquí, nos VCOs de anel baseados en retardo, as etapas de ganancia están conectadas en forma de anel. Como o nome indica, a frecuencia está relacionada co retardo en cada etapa individual. O segundo e o terceiro tipo de VCOs funcionan de xeito semellante. O período de tempo en cada etapa está directamente relacionado co tempo de carga e descarga do condensador.

Principio de funcionamento do oscilador controlado por voltaxe (VCO)

VCO os circuitos poden deseñarse mediante varios componentes electrónicos de control de voltaxe como diodos varactor, transistores, amplificadores operacionais etc. Aquí, vamos discutir o funcionamento dun VCO usando amplificadores operacionais. O diagrama do circuito amósase abaixo.

A forma de onda de saída deste VCO será unha onda cuadrada. Como sabemos, a frecuencia de saída está relacionada coa voltaxe de control. Neste circuito, o primeiro amplificador operacional funcionará como un integrador. A disposición do divisor de voltaxe está implementada aquí. Debido a isto, a metade da voltaxe de control que se dá como entrada se dá ao terminal positivo do amplificador operacional 1. O mesmo nivel de voltaxe mantense no terminal negativo. Isto é para manter a caída de voltaxe a través do resistor, R1 como a metade da voltaxe de control.
Cando o MOSFET está en condición de encendido, a corrente que fluye a través do resistor R1 pasa a través do MOSFET. O R2 ten a metade da resistencia, a mesma caída de voltaxe e dúas veces a corrente que R1. Así, a corrente adicional carga o condensador conectado. O amplificador operacional 1 debe proporcionar unha voltaxe de saída crecente gradualmente para fornecer esta corrente.
Cando o MOSFET está en condición de apagado, a corrente que fluye a través do resistor R1resistor pasa a través do condensador, desxargando. A voltaxe de saída obtida do amplificador operacional 1 neste momento será decrecente. Como resultado, xérase unha forma de onda triangular como a saída do amplificador operacional 1.
O amplificador operacional 2 funcionará como un disparador Schmitt. A entrada a este amplificador operacional é unha onda triangular que é a saída do amplificador operacional 1. Se a voltaxe de entrada é maior que o nivel de umbral, a saída do amplificador operacional 2 será VCC. Se a voltaxe de entrada é menor que o nivel de umbral, a saída do amplificador operacional 2 será cero. Polo tanto, a saída do amplificador operacional 2 será unha onda cuadrada.
Un exemplo de VCO é o IC LM566 ou IC 566. En realidade, é un circuito integrado de 8 pín que pode xerar dúas salidas - onda cuadrada e onda triangular. O circuito interno amósase abaixo.

Aplicacións do oscilador controlado por voltaxe

• Xerador de funcións

• Bucle de bloqueo de fase

• Xerador de tonos

• Modulación de desprazamento de frecuencia

• Modulación de frecuencia

Declaración: