Feszültség-vezérelt oszcillátor | VCO

Feszültség-vezérelt oszcillátor (VCO), a neve alapján világos, hogy az oszcillátor kimeneti pillanatnyi frekvenciája a bemeneti feszültség által vezérelt. Ez olyan oszcillátor, amely nagy frekvenciatartományban (néhány Hertz-től száz Giga Hertz-ig) adható kimeneti jel frekvenciát, attól függően, milyen DC feszültséget kap bemenetként.

Feszültség-vezérelt oszcillátor frekvencia-vezérlése

Számos formában használható VCO. RC oszcillátort, multivibrátort, LC vagy kristályoszcillátort is lehet alkalmazni. Ha azonban RC oszcillátorról van szó, akkor a kimeneti jel rezgési frekvenciája fordítottan arányos a kapacitánsszal, mint

Az LC oszcillátor esetén a kimeneti jel rezgési frekvenciája
Tehát azt mondhatjuk, hogy ahogy növekszik a bemeneti feszültség vagy a vezérlőfeszültség, a kapacitáns csökken. Így a vezérlőfeszültség és a rezgések frekvenciája között közvetlen arányosság áll fenn. Azaz, ha az egyik növekszik, a másik is növekszik.

A fenti ábra a feszültség-vezérelt oszcillátor alapműködését mutatja. Látható, hogy a nominális vezérlőfeszültség (VC(nom)) mellett az oszcillátor a szabad futású vagy normális frekvenciáján (fC(nom)) működik. Ahogy a vezérlőfeszültség csökken a nominális feszültségtől, a frekvencia is csökken, és ahogy a nominális vezérlőfeszültség növekszik, a frekvencia is növekszik.
A varactor diódák, amelyek változó kapacitánsú diódák (különböző kapacitáns tartományokban érhetők el), ezt a változó feszültséget szolgáltatják. Alacsony frekvenciájú oszcillátoroknál a kondenzátorok töltési sebességét feszültség-vezérelt áramforrással változtatják meg, hogy változó feszültséget kapjanak.

Feszültség-vezérelt oszcillátor típusai

A VCO-k kimeneti hullámforma alapján oszthatók be:

• Harmonikus oszcillátorok

• Relaxációs oszcillátorok

Harmonikus oszcillátorok

A harmonikus oszcillátorok által előidézett kimeneti hullámforma szinuszegyütthatós. Ez gyakran lineáris feszültség-vezérelt oszcillátornak (VCO) hívható. Például az LC és a kristályoszcillátorok. Itt a varactor dióda kapacitánsa a dióda feletti feszültség által változik. Ez által az LC kör kapacitása változik. Így a kimeneti frekvencia is változik. Az előnyök a napotámasztó, zaj és hőmérséklet szerinti frekvencia-stabilitás, a frekvencia-ellenőrzés pontossága. A fő hátrány, hogy ezek az oszcillátorok nem könnyen implementálhatók monolitikus IC-eken.

Relaxációs oszcillátorok

A relaxációs oszcillátorok által előidézett kimeneti hullámforma függőleges. Ez a típus kevés komponenssel nagy frekvenciatartományt tud előállítani. Főleg monolitikus IC-eken használható. A relaxációs oszcillátorok a következő topológiákat vehetik fel:

• Késleltetés-alapú gyűrű VCO-k

• Földelő kondenzátor VCO-k

• Emitter-csatolt VCO-k

Itt, a késleltetés-alapú gyűrű VCO-k esetén, a nyerő szakaszok gyűrűformában vannak összekötve. A név szerint, a frekvencia minden egyes szakaszban lévő késleltetéstől függ. A második és harmadik típusú VCO-k hasonlóan működnek. Minden szakaszban eltelt idő közvetlenül kapcsolódik a kondenzátor töltési és leeresztési idejéhez.

Feszültség-vezérelt oszcillátor (VCO) működési elve

VCO áramkörök számos feszültség-vezérelt elektronikus komponens segítségével tervezhetők, például varactor diódák, tranzisztorok, Op-amp-ok stb. Most a Op-amp-okkal működő VCO működéséről fogunk beszélgetni. Az áramkör ábrázolása a következő:

Ez a VCO négyzet alakú hullámot ad ki. Mivel tudjuk, hogy a kimeneti frekvencia a vezérlőfeszültségtől függ. Ebben az áramkörben az első Op-amp integrálóként működik. A feszültségosztó elrendezés itt van alkalmazva. Ezért a bemeneti vezérlőfeszültség felének a bemeneti Op-amp pozitív terminálján van. Ugyanez a feszültségszint a negatív terminálnál is fenntartva van. Ez a ellenállás, R1 feletti feszültség-lehullást fenntartja a vezérlőfeszültség felének.
Amikor a MOSFET be van kapcsolva, az R1 ellenálláson átmenő áram a MOSFET-en áthalad. Az R2-nek a fele a ellenállás, ugyanaz a feszültség-lehullás és kétszer annyi áram, mint az R1-nek. Így a további áram feltölti a kapcsolódó kondenzátort. Az Op-amp 1-nak fokozatosan növekedő kimeneti feszültséget kell biztosítania, hogy ezt az áramot szolgáltassa.
Amikor a MOSFET ki van kapcsolva, az R1 ellenálláson átmenő áram a kondenzátoron áthalad, és a kondenzátor leereszkedik. Az Op-amp 1 ekkor kimeneti feszültsége csökken. Így egy háromszög alakú hullám jön létre az Op-amp 1 kimenetén.
Az Op-amp 2 Schmitt triggerként működik. A bemenete a háromszög alakú hullám, ami az Op-amp 1 kimenete. Ha a bemeneti feszültség magasabb, mint a küszöbfeszültség, az Op-amp 2 kimenete VCC. Ha a bemeneti feszültség alacsonyabb, mint a küszöbfeszültség, az Op-amp 2 kimenete nulla. Így az Op-amp 2 kimenete négyzet alakú hullám lesz.
A VCO példája az LM566 IC vagy IC 566. Ez valójában 8 pinű integrált áramkör, amely két kimeneti hullámot adhat: négyzet alakú és háromszög alakú. A belső áramkör a következő ábrán látható:

Feszültség-vezérelt oszcillátor alkalmazásai

• Függvénygenerátor

• Fázis-zárt hurok

• Hangszín generátor

• Frekvencia-váltó kulcsszabályozás

• Frekvencia-moduláció

Nyilatkozat: Tisztelet az eredetihez, jó cikkek megosztásra méltóak, ha sérülés történik, kérlek, vegye fel a kapcsolatot a törlésért.