Управляемый напряжением генератор | VCO
Управляемый напряжением генератор (VCO), из названия ясно, что мгновенная частота выходного сигнала генератора контролируется входным напряжением. Это вид генератора, который может производить выходной сигнал с частотой в широком диапазоне (от нескольких герц до сотен гигагерц) в зависимости от поданного на него постоянного входного напряжения.
Контроль частоты в управляемом напряжением генераторе
Множество форм VCO обычно используются. Это может быть RC-генератор или мультивибратор, LC-генератор или генератор. Однако, если это RC-генератор, частота колебаний выходного сигнала будет обратно пропорциональна емкости как
В случае LC-генератора, частота колебаний выходного сигнала будет
Таким образом, можно сказать, что по мере увеличения входного напряжения или управляющего напряжения, емкость уменьшается. Следовательно, управляющее напряжение и частота колебаний прямо пропорциональны. То есть, когда одно увеличивается, другое также увеличивается.
На рисунке выше показана основная работа управляемого напряжением генератора. Здесь мы видим, что при номинальном управляющем напряжении, обозначенном VC(nom), генератор работает на своей свободной или нормальной частоте, fC(nom). По мере уменьшения управляющего напряжения от номинального, частота также уменьшается, а по мере увеличения номинального управляющего напряжения, частота также увеличивается.
Для получения этого переменного напряжения используются варикапы, которые являются диодами переменной емкости (доступны в различных диапазонах емкости). Для низкочастотных генераторов скорость заряда конденсаторов изменяется с помощью источника тока, управляемого напряжением, для получения переменного напряжения.
Типы управляемых напряжением генераторов
VCO можно классифицировать на основе формы выходного сигнала:
Гармонические генераторы
Релаксационные генераторы
Гармонические генераторы
Форма выходного сигнала, создаваемая гармоническими генераторами, является синусоидальной. Это часто называют линейным управляемым напряжением генератором. Примеры - LC-генераторы и кварцевые генераторы. Здесь емкость варикапа изменяется под воздействием напряжения, приложенного к диоду. Это, в свою очередь, изменяет емкость LC-цепи. Следовательно, выходная частота изменится. Преимущества: стабильность частоты относительно питания, шума и температуры, точность управления частотой. Основным недостатком является то, что такие генераторы не могут быть легко реализованы на монолитных интегральных схемах.
Релаксационные генераторы
Форма выходного сигнала, создаваемая релаксационными генераторами, является пилообразной. Этот тип может обеспечить широкий диапазон частот с использованием меньшего количества компонентов. В основном он используется в монолитных интегральных схемах. Релаксационные генераторы могут иметь следующие топологии:
VCO на основе задержки в кольце
VCO с заземленным конденсатором
VCO с эмиттерной связью
Здесь, в VCO на основе задержки в кольце, усилительные стадии соединены вместе в виде кольца. Как следует из названия, частота связана с задержкой в каждой отдельной стадии. Второй и третий типы VCO работают почти аналогично. Период времени, затраченный на каждую стадию, напрямую связан со временем заряда и разряда конденсатора.
Принцип работы управляемого напряжением генератора (VCO)
Цепи VCO могут быть спроектированы с использованием многих электронных компонентов, управляемых напряжением, таких как варикапы, транзисторы, операционные усилители и т. д. Здесь мы будем обсуждать работу VCO с использованием операционных усилителей. Схема представлена ниже.
Форма выходного сигнала этого VCO будет прямоугольной. Как известно, выходная частота связана с управляющим напряжением. В этой схеме первый операционный усилитель будет функционировать как интегратор. Используется схема делителя напряжения. Из-за этого половина управляющего напряжения, поданного на вход, подается на положительный вход операционного усилителя 1. Тот же уровень напряжения поддерживается на отрицательном входе. Это необходимо для поддержания падения напряжения на резисторе, R1 равным половине управляющего напряжения.
Когда MOSFET находится в состоянии "включено", ток, протекающий через резистор R1, проходит через MOSFET. R2 имеет половину сопротивления, то же падение напряжения и двойной ток по сравнению с R1. Таким образом, дополнительный ток заряжает подключенный конденсатор. Операционный усилитель 1 должен обеспечивать постепенно увеличивающееся выходное напряжение, чтобы поддерживать этот ток.
Когда MOSFET находится в состоянии "выключено", ток, протекающий через резистор R1, проходит через конденсатор, который разряжается. Выходное напряжение, полученное от операционного усилителя 1 в это время, будет падать. В результате генерируется треугольная форма сигнала на выходе операционного усилителя 1.
Операционный усилитель 2 будет работать как триггер Шмитта. Входом этого операционного усилителя является треугольная волна, которая является выходом операционного усилителя 1. Если входное напряжение выше порогового уровня, выход операционного усилителя 2 будет VCC. Если входное напряжение ниже порогового уровня, выход операционного усилителя 2 будет нулевым. Следовательно, выход операционного усилителя 2 будет прямоугольной волной.
Пример VCO - микросхема LM566 или микросхема 566. Это в действительности 8-пиновая интегральная схема, которая может генерировать два выхода - прямоугольную и треугольную волны. Внутренняя схема представлена ниже.
Применения управляемого напряжением генератора
