Spennustýrður sveiflugjafi | VCO

Spenningsstyrt oscillator (VCO), som navnet tyder på, er det umiddelbare frekvensutgangen av oscillator styrt av inndata spenning. Det er en type oscillator som kan produsere utgangssignalfrekvens over et stort område (få Hertz-hundrevis av Giga Hertz) avhengig av den gitte inndata DC-spenningen.

Frekvenskontroll i spenningsstyrt oscillator

Mange former for VCOs blir generelt brukt. Det kan være RC-oscillator eller multivibrator type eller LC eller kristalloscillator type. Hvis det er av RC-oscillator type, vil oscillasjonsfrekvensen av utgangssignalet være omvendt proporsjonalt med kapasitans som

I tilfellet LC-oscillator, vil oscillasjonsfrekvensen av utgangssignalet være
Så vi kan si at når inndataspenningen eller kontrollspenningen øker, reduseres kapasitansen. Derfor er kontrollspenningen og frekvensen av oscillasjonene direkte proporsjonale. Det vil si, når den ene øker, vil den andre også øke.

Figuren over representerer grunnleggende arbeidsprinsipp for spenningsstyrt oscillator. Her kan vi se at ved nominell kontrollspenning representert av VC(nom), fungerer oscillator ved sin fri kjørende eller normale frekvens, fC(nom). Når kontrollspenningen minker fra nominell spenning, minker også frekvensen, og når nominell kontrollspenning øker, øker også frekvensen.
De varaktive diodene som er variabel kapasitansdioder (tilgjengelige i ulike kapasitansområder) implementeres for å få denne variable spenning. For lavfrekvensoscillatorer, endres oppladingshastigheten av kapasitorer ved hjelp av spenningsstyrt strømkilde for å få den variable spenningen.

Typer av spenningsstyrt oscillator

VCO-er kan kategoriseres basert på utgangsbølgeform:

• Harmoniske oscillatorer

• Relaksasjonsoscillatorer

Harmoniske oscillatorer

Utdata bølgeformen produsert av harmoniske oscillatorer er sinusformet. Dette kan ofte refereres til som lineær spenningsstyrt oscillator. Eksempler er LC- og kristalloscillatorer. Her varieres kapasitansen av varaktive dioder av spenningen som er over dioden. Dette endrer dermed kapasitansen av LC-kretsen. Derfor vil utdatafrekvensen endre seg. Fordeler er frekvensstabilitet i forhold til strømforsyning, støy og temperatur, nøyaktighet i kontroll av frekvens. Den største ulemper er at denne typen oscillatorer ikke lett kan implementeres på monolitisk IC.

Relaksasjonsoscillatorer

Utdata bølgeformen produsert av harmoniske oscillatorer er sågtann. Denne typen kan gi et stort frekvensområde ved bruk av redusert mengde komponenter. Denne typen kan hovedsakelig brukes i monolitiske IC-er. Relaksasjonsoscillatorer kan ha følgende topologier:

• Forsinkelsesbaserte ring VCO-er

• Jordede kondensator VCO-er

• Emitterkopla VCO-er

Her; i forsinkelsesbaserte ring VCO-er, er forsterkningsstadiene koblet sammen i en ringform. Som navnet antyder, er frekvensen relatert til forsinkelsen i hvert enkelt stadium. De to andre typene VCO-er fungerer nesten likt. Tidsperioden tatt i hvert stadium er direkte relatert til opladnings- og avladningstid av kapasitor.

Arbeidsprinsipp for spenningsstyrt oscillator (VCO)

VCO-kretser kan designes ved hjelp av mange spenningskontrollerte elektroniske komponenter som varaktive dioder, transistorer, Op-amps osv. Her skal vi diskutere arbeidsprinsippet for en VCO ved hjelp av Op-amps. Kretsskjemaet vises nedenfor.

Utdata bølgeformen for denne VCO vil være kvadratbølge. Som vi vet, er utdatafrekvensen relatert til kontrollspenningen. I denne kretsen vil den første Op-ampen fungere som en integrator. spenningsdeler-oppsettet er implementert her. På grunn av dette, halvparten av kontrollspenningen som gis som inndata, gis til den positive terminalen av Op-amp 1. Samme nivå av spenning holdes ved den negative terminalen. Dette er for å opprettholde spenningsfall over motstand, R1 som halvparten av kontrollspenningen.
Når MOSFET er i påstand, strømmen fra R1 motstand passerer gjennom MOSFET. R2 har halvparten av motstand, samme spenningsfall og dobbelt strøm som R1. Så den ekstra strømmen lader den tilkoblede kapasitoren. Op-amp 1 må gi en gradvis økende utdataspenning for å levere denne strømmen.
Når MOSFET er i avstand, strømmen fra R1motstand passerer gjennom kapasitoren, blir avladet. Utdata spenningen fra Op-amp 1 på dette tidspunktet vil være synkende. Dermed genereres en trekantbølge som utdata fra Op-amp 1.
Op-amp 2 vil fungere som Schmitt trigger. Inndata til denne Op-amp er trekantbølge som er utdata fra Op-amp 1. Hvis inndataspenningen er høyere enn terskelverdien, vil utdata fra Op-amp 2 være VCC. Hvis inndata spenning er mindre enn terskelverdien, vil utdata fra Op-amp 2 være null. Derfor vil utdata fra Op-amp 2 være kvadratbølge.
Eksempel på VCO er LM566 IC eller IC 566. Det er faktisk en 8-pin integrert krets som kan produsere doble utdata - kvadratbølge og trekantbølge. Intern krets er vist nedenfor.

Anvendelser av spenningsstyrt oscillator

• Funksjonsgenerator

• Fase-låst løkke

• Tonegenerator

• Frekvensskiftingskoding

• Frekvensmodulasjon