Spenningsstyrte oscillator | VCO

Electrical4u

Felt: Grunnleggende elektrisitet

China

Hva er spenningstyrte oscillator

Spenningstyrte oscillator (VCO), som navnet tyder på, er det at den øyeblikkelige frekvensen til oscillatoren styres av inngangsspenningen. Det er en type oscillator som kan produsere utgangssignal med frekvens over et stort område (fra noen hertz til flere gigahertz) avhengig av den gitte DC-spenningen.

Frekvenskontroll i spenningstyrte oscillator

Mange former for VCOer blir generelt brukt. De kan være av typen RC-oscillator, multivibrator, LC- eller krystall-oscillator. Hvis det er en RC-oscillator, vil frekvensen til utgangssignalet være invers proporsjonal med kapasitansen som

I tilfelle en LC-oscillator, vil frekvensen til utgangssignalet være
Så vi kan si at når inngangsspenningen eller kontrollspenningen øker, reduseres kapasitansen. Dermed er kontrollspenningen og frekvensen til oscillasjonene direkte proporsjonale. Når den ene øker, vil den andre også øke.
spenningstyrte oscillator

Figuren ovenfor representerer den grunnleggende funksjonen til spenningstyrte oscillator. Her kan vi se at ved nominell kontrollspenning representert av VC(nom), fungerer oscillatoren på sin frie kjørefrekvens, fC(nom). Når kontrollspenningen minker fra nominell spenning, minker frekvensen også, og når nominell kontrollspenning øker, øker frekvensen også.
De varaktive diodene som er variabel kapasitansdioder (tilgjengelige i ulike kapasitansområder) implementeres for å få denne variable spenningen. For lavfrekvens-oscillatorer endres ladesiden til kapasitorer ved hjelp av spenningstyrt strømkilde for å få den variable spenningen.

Typer av spenningstyrte oscillator

VCO-er kan kategoriseres basert på utgangsbølgeform:

Harmoniske oscillatorer
Relaksasjons-oscillatorer

Harmoniske oscillatorer

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

Relaksasjons-oscillatorer

Utdata-bølgeformen produsert av harmoniske oscillatorer er sawtooth. Denne typen kan gi et stort frekvensområde med redusert antall komponenter. Denne typen kan hovedsakelig brukes i monolitiske IC-er. Relaksasjons-oscillatorer kan ha følgende topologier:

Forsinkelsesbaserte ring-VCO-er
Jordede kondensator-VCO-er
Emitterkoplet VCO-er

Her, i forsinkelsesbaserte ring-VCO-er, er forsterkningsstadiene koblet sammen i en ring. Som navnet antyder, er frekvensen relatert til forsinkelsen i hvert enkelt stadi. De to andre typene VCO-er fungerer nesten likt. Tidsperioden tatt i hvert stadi er direkte relatert til ladnings- og dekningsperioden til kapasitoren.

Arbeidsprinsipp for spenningstyrte oscillator (VCO)

VCO-kretser kan designes ved hjelp av mange spenningstyrt elektroniske komponenter som varaktive dioder, transistorer, forsterkere osv. Her skal vi diskutere arbeidet med en VCO ved hjelp av forsterkere. Kretsdiagrammet er vist nedenfor.
arbeidsprinsipp for spenningstyrte oscillator
Utdata-bølgeformen til denne VCO vil være kvadratisk. Som vi vet, er utdatafrekvensen relatert til kontrollspenningen. I denne kretsen vil den første forsterkeren fungere som en integrator. Spenningsdelearrangementet er implementert her. På grunn av dette, halvparten av kontrollspenningen som gis som inngang, gis til den positive terminalen av forsterker 1. Samme nivå av spenning holdes ved den negative terminalen. Dette er for å opprettholde spenningsfall over motstanderen, R1 som halvparten av kontrollspenningen.
Når MOSFET-en er i på-tilstand, passerer strømmen fra R1 motstanderen gjennom MOSFET-en. R2 har halvparten av motstanden, samme spenningsfall og dobbel strøm som R1. Så den ekstra strømmen lader den forbundne kapasitoren. Forsterker 1 må gi en gradvis økende utdataspennning for å levere denne strømmen.
Når MOSFET-en er i av-tilstand, passerer strømmen fra R1motstanderen gjennom kapasitoren, blir dekket. Utdata-spenningen som oppnås fra forsterker 1 på dette tidspunktet vil være synkende. Som et resultat, genereres en trekantbølge som utdata fra forsterker 1.
Forsterker 2 vil fungere som Schmitt-trigger. Inngangen til denne forsterkeren er trekantbølgen som er utdata fra forsterker 1. Hvis inngangsspenningen er høyere enn terskelnivået, vil utdata fra forsterker 2 være VCC. Hvis inngangsspenningen er mindre enn terskelnivået, vil utdata fra forsterker 2 være null. Derfor vil utdata fra forsterker 2 være kvadratisk bølge.
Eksempel på VCO er LM566 IC eller IC 566. Det er faktisk en 8-pin integrert krets som kan produsere dobbelt utdata - kvadratisk bølge og trekantbølge. Den interne kretsen er vist nedenfor.