Oscilador Controlado por Tensão | VCO

Oscilador controlado por tensão (VCO), pelo próprio nome, é claro que a frequência instantânea de saída do oscilador é controlada pela tensão de entrada. É um tipo de oscilador que pode produzir uma frequência de sinal de saída em uma ampla faixa (de poucos Hertz a centenas de Giga Hertz) dependendo da tensão DC de entrada fornecida.

Controle de Frequência no Oscilador Controlado por Tensão

Muitas formas de VCOs são geralmente usadas. Pode ser do tipo oscilador RC, multivibrador, LC ou oscilador de cristal. No entanto, se for do tipo oscilador RC, a frequência de oscilação do sinal de saída será inversamente proporcional à capacitância como

No caso do oscilador LC, a frequência de oscilação do sinal de saída será
Portanto, podemos dizer que, à medida que a tensão de entrada ou tensão de controle aumenta, a capacitância diminui. Assim, a tensão de controle e a frequência de oscilação são diretamente proporcionais. Ou seja, quando uma aumenta, a outra também aumenta.

A figura acima representa o funcionamento básico do oscilador controlado por tensão. Aqui, podemos ver que, na tensão de controle nominal representada por VC(nom), o oscilador funciona em sua frequência livre ou normal, fC(nom). À medida que a tensão de controle diminui da tensão nominal, a frequência também diminui e, à medida que a tensão de controle nominal aumenta, a frequência também aumenta.
Os diodos varicap, que são diodos de capacitância variável (disponíveis em diferentes faixas de capacitância), são implementados para obter essa tensão variável. Para osciladores de baixa frequência, a taxa de carga dos capacitores é alterada usando uma fonte de corrente controlada por tensão para obter a tensão variável.

Tipos de Oscilador Controlado por Tensão

Os VCOs podem ser categorizados com base na forma de onda de saída:

• Osciladores Harmônicos

• Osciladores de Relaxação

Osciladores Harmônicos

A forma de onda de saída produzida pelos osciladores harmônicos é senoidal. Isso pode ser frequentemente referido como oscilador controlado por tensão linear. Os exemplos são os osciladores LC e osciladores de cristal. Aqui, a capacitância do diodo varicap é variada pela tensão que está sobre o diodo. Isso, por sua vez, altera a capacitância do circuito LC. Portanto, a frequência de saída mudará. As vantagens são a estabilidade de frequência em relação à alimentação, ruído e temperatura, precisão no controle de frequência. A principal desvantagem é que este tipo de osciladores não pode ser implementado facilmente em CI monolíticos.

Osciladores de Relaxação

A forma de onda de saída produzida pelos osciladores de relaxação é dente de serra. Este tipo pode fornecer uma ampla faixa de frequência usando uma quantidade reduzida de componentes. Principalmente, pode ser usado em CI monolíticos. Os osciladores de relaxação podem ter as seguintes topologias:

• VCOs de anel com base em atraso

• VCOs com capacitor aterrado

• VCOs com acoplamento de emissor

Aqui, nos VCOs de anel com base em atraso, as etapas de ganho estão conectadas em forma de anel. Como o nome sugere, a frequência está relacionada ao atraso em cada etapa. O segundo e terceiro tipo de VCOs funcionam de maneira semelhante. O período de tempo em cada etapa está diretamente relacionado ao tempo de carga e descarga do capacitor.

Princípio de Funcionamento do Oscilador Controlado por Tensão (VCO)

VCO circuitos podem ser projetados usando vários componentes eletrônicos de controle de tensão, como diodos varicap, transistores, amplificadores operacionais etc. Aqui, vamos discutir o funcionamento de um VCO usando amplificadores operacionais. O diagrama do circuito é mostrado abaixo.

A forma de onda de saída deste VCO será quadrada. Como sabemos, a frequência de saída está relacionada à tensão de controle. Neste circuito, o primeiro amplificador operacional funcionará como um integrador. A configuração de divisor de tensão é implementada aqui. Devido a isso, metade da tensão de controle que é dada como entrada é fornecida ao terminal positivo do amplificador operacional 1. O mesmo nível de tensão é mantido no terminal negativo. Isso é para manter a queda de tensão através do resistor, R1 como metade da tensão de controle.
Quando o MOSFET está ligado, a corrente que flui do resistor R1 passa pelo MOSFET. O R2 tem metade da resistência, mesma queda de tensão e o dobro da corrente em comparação com o R1. Portanto, a corrente extra carrega o capacitor conectado. O amplificador operacional 1 deve fornecer uma tensão de saída gradualmente crescente para fornecer esta corrente.
Quando o MOSFET está desligado, a corrente que flui do resistor R1passa pelo capacitor, que se descarrega. A tensão de saída obtida do amplificador operacional 1 neste momento será decrescente. Como resultado, uma forma de onda triangular é gerada como a saída do amplificador operacional 1.
O amplificador operacional 2 funcionará como um gatilho Schmitt. A entrada para este amplificador operacional é a onda triangular, que é a saída do amplificador operacional 1. Se a tensão de entrada for maior que o nível de limiar, a saída do amplificador operacional 2 será VCC. Se a tensão de entrada for menor que o nível de limiar, a saída do amplificador operacional 2 será zero. Portanto, a saída do amplificador operacional 2 será uma onda quadrada.
Um exemplo de VCO é o IC LM566 ou IC 566. Na verdade, é um circuito integrado de 8 pinos que pode produzir duas saídas - onda quadrada e onda triangular. O circuito interno é representado abaixo.

Aplicações do Oscilador Controlado por Tensão

• Gerador de funções

• Laço de fase bloqueado

• Gerador de tom

• Chaveamento por deslocamento de frequência

• Modulação de frequência

Declaração: Respeite o original, artigos bons valem a pena compartilhar, se houver violação dos direitos autorais, entre em