Oscillatore a Controllo di Tensione | VCO

Oscillatore controllato da tensione (VCO), come suggerisce il nome stesso, la frequenza istantanea di uscita dell'oscillatore è controllata dalla tensione d'ingresso. È un tipo di oscillatore che può produrre una frequenza del segnale di uscita su un ampio intervallo (da pochi Hertz a centinaia di Giga Hertz) in base alla tensione continua d'ingresso fornita.

Controllo della frequenza nell'Oscillatore Controllato da Tensione

Molte forme di VCO sono generalmente utilizzate. Possono essere di tipo oscillatore RC o multivibratore, o LC o oscillatore a cristallo. Tuttavia, se è di tipo oscillatore RC, la frequenza di oscillazione del segnale di uscita sarà inversamente proporzionale alla capacità, come

Nel caso dell'oscillatore LC, la frequenza di oscillazione del segnale di uscita sarà
Quindi, possiamo dire che, man mano che aumenta la tensione d'ingresso o la tensione di controllo, la capacità si riduce. Di conseguenza, la tensione di controllo e la frequenza delle oscillazioni sono direttamente proporzionali. Cioè, quando uno aumenta, l'altro aumenterà.

La figura sopra rappresenta il funzionamento di base dell'oscillatore controllato da tensione. Qui, possiamo vedere che con la tensione di controllo nominale rappresentata da VC(nom), l'oscillatore funziona alla sua frequenza libera o normale, fC(nom). Man mano che la tensione di controllo diminuisce dalla tensione nominale, la frequenza diminuisce e, al contrario, se la tensione di controllo nominale aumenta, la frequenza diventa più alta.
I diodi varattore, che sono diodi a capacità variabile (disponibili in diverse gamme di capacità), vengono implementati per ottenere questa tensione variabile. Per gli oscillatori a bassa frequenza, il tasso di carica dei condensatori viene modificato utilizzando una sorgente di corrente controllata da tensione per ottenere la tensione variabile.

Tipi di Oscillatore Controllato da Tensione

I VCO possono essere categorizzati in base alla forma d'onda di uscita:

• Oscillatori armonici

• Oscillatori di rilassamento

Oscillatori armonici

La forma d'onda di uscita prodotta dagli oscillatori armonici è sinusoidale. Questo può essere spesso chiamato oscillatore lineare controllato da tensione. Gli esempi sono gli oscillatori LC e a cristallo. Qui, la capacità del diodo varattore viene variata dalla tensione che si trova ai capi del diodo. Ciò a sua volta altera la capacità del circuito LC. Di conseguenza, la frequenza di uscita cambierà. I vantaggi sono la stabilità della frequenza rispetto all'alimentazione, al rumore e alla temperatura, l'accuratezza nel controllo della frequenza. Il principale svantaggio è che questo tipo di oscillatori non può essere implementato facilmente su IC monolitici.

Oscillatori di rilassamento

La forma d'onda di uscita prodotta dagli oscillatori di rilassamento è a dente di sega. Questo tipo può fornire un ampio intervallo di frequenze utilizzando una quantità ridotta di componenti. Principalmente può essere utilizzato su IC monolitici. Gli oscillatori di rilassamento possono avere le seguenti topologie:

• VCO ad anello a ritardo

• VCO a condensatore a massa

• VCO accoppiati all'emettitore

Qui, negli VCO ad anello a ritardo, le stadi di guadagno sono collegati insieme in forma di anello. Come suggerisce il nome, la frequenza è legata al ritardo in ogni singolo stadio. Il secondo e terzo tipo di VCO funzionano in modo simile. Il tempo impiegato in ogni stadio è direttamente correlato al tempo di caricamento e scaricamento del condensatore.

Principio di funzionamento dell'Oscillatore Controllato da Tensione (VCO)

VCO i circuiti possono essere progettati utilizzando molti componenti elettronici a controllo di tensione come i diodi varattore, i transistor, gli amplificatori operazionali, ecc. Qui, discuteremo del funzionamento di un VCO utilizzando gli amplificatori operazionali. Lo schema del circuito è mostrato di seguito.

La forma d'onda di uscita di questo VCO sarà quadrata. Come sappiamo, la frequenza di uscita è legata alla tensione di controllo. In questo circuito, il primo amplificatore operazionale funzionerà come integratore. L'arrangiamento del divisore di tensione è implementato qui. A causa di ciò, la metà della tensione di controllo fornita in ingresso viene fornita al terminale positivo dell'amplificatore operazionale 1. Lo stesso livello di tensione viene mantenuto al terminale negativo. Questo è per mantenere il calo di tensione attraverso il resistore R1 come metà della tensione di controllo.
Quando il MOSFET è in condizione ON, la corrente che scorre dal resistore R1 passa attraverso il MOSFET. Il R2 ha metà della resistenza, lo stesso calo di tensione e il doppio della corrente rispetto a R1. Quindi, la corrente extra carica il condensatore collegato. L'amplificatore operazionale 1 deve fornire una tensione di uscita gradualmente crescente per fornire questa corrente.
Quando il MOSFET è in condizione OFF, la corrente che scorre dal resistore R1 passa attraverso il condensatore, che si scarica. La tensione di uscita ottenuta dall'amplificatore operazionale 1 in questo momento sarà in caduta. Di conseguenza, viene generata una forma d'onda triangolare come uscita dell'amplificatore operazionale 1.
L'amplificatore operazionale 2 funzionerà come trigger di Schmitt. L'ingresso a questo amplificatore operazionale è la forma d'onda triangolare, che è l'uscita dell'amplificatore operazionale 1. Se la tensione d'ingresso è superiore al livello di soglia, l'uscita dall'amplificatore operazionale 2 sarà VCC. Se la tensione d'ingresso è inferiore al livello di soglia, l'uscita dall'amplificatore operazionale 2 sarà zero. Pertanto, l'uscita dell'amplificatore operazionale 2 sarà una forma d'onda quadrata.
Un esempio di VCO è l'IC LM566 o IC 566. È in effetti un circuito integrato a 8 pin che può produrre doppie uscite - onda quadrata e onda triangolare. Il circuito interno è rappresentato di seguito.

Applicazioni dell'Oscillatore Controllato da Tensione

• Generatore di funzioni

• Circuito a ciclo di fase bloccato

• Generatore di toni

• Modulazione di frequenza a spostamento di chiave

• Modulazione di frequenza

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