Oscilator kontrolisan naponski | VCO

Generator kontrolisan naponom (VCO), iz samog imena jasno je da se trenutna frekvencija izlaza generatora kontroliši unesenim naponom. To je vrsta generatora koja može proizvesti izlazni signal sa frekvencijom u velikom opsegu (od nekoliko herca do stotina giga hercija) zavisno od unetog postojanog napona.

Kontrola frekvencije u generatoru kontrolisanom naponom

Mnoge forme VCO-ova su generalno u upotrebi. Mogu biti RC generatori ili multivibratori, LC ili kristalni generatori. Međutim, ako je RC tip, oscilaciona frekvencija izlaznog signala će biti obrnuto proporcionalna kapacitanci kao

U slučaju LC generatora, oscilaciona frekvencija izlaznog signala će biti
Dakle, možemo reći da kako se ulazni napon ili kontrolni napon povećava, kapacitansa se smanjuje. Stoga su kontrolni napon i frekvencija oscilacija direktno proporcionalni. To znači da kada jedan raste, drugi će takođe rasti.

Gore prikazana slika predstavlja osnovni princip rada generatora kontrolisanog naponom. Ovde možemo videti da na nominalnom kontrolnom naponu označenom sa VC(nom), generator radi na svojoj slobodnoj ili normalnoj frekvenciji, fC(nom). Kako se kontrolni napon smanjuje od nominalnog, smanjuje se i frekvencija, a kako se nominalni kontrolni napon povećava, povećava se i frekvencija.
Varaktorske diode koje su diode promenljive kapacitance (dostupne u različitim opsegima kapacitance) su implementirane za dobijanje ove promenljive napone. Za generatori niske frekvencije, brzina nabijanja kapacitora se menja koristeći izvor struje kontrolisan naponom kako bi se dobio promenljivi napon.

Vrste generatora kontrolisanog naponom

VCO-ovi mogu biti kategorizovani na osnovu oblika izlaznog talasa:

• Harmonički generatori

• Relaksacijski generatori

Harmonički generatori

Izlazni talas generisan harmoničkim generatorima je sinusoidalni. Ovo se često naziva linearni generator kontrolisan naponom. Primeri su LC i kristalni generatori. Ovde se kapacitansa varaktorske diode menja naponom koji je preko dijoda. Ovo na svoj red menja kapacitansu LC kruga. Stoga će se izlazna frekvencija promeniti. Prednosti su stabilnost frekvencije u odnosu na napajanje, šum i temperaturu, preciznost kontrole frekvencije. Glavna nedostatak je da ovakvi generatori ne mogu lako biti implementirani na monolitskim IC-ovima.

Relaksacijski generatori

Izlazni talas generisan relaksacijskim generatorima je pila. Ova vrsta može dati veliki opseg frekvencija koristeći manji broj komponenti. Pretežno se koristi u monolitskim IC-ovima. Relaksacijski generatori mogu imati sledeće topologije:

• VCO-ovi bazirani na kašnjenju

• VCO-ovi sa zemljanim kapacitorom

• VCO-ovi sa emiter-sklopovima

Ovde, u VCO-ovima baziranim na kašnjenju, etape poboljšanja su povezane u prstenastom obliku. Kao što naziv sugeruje, frekvencija je povezana sa kašnjenjem u svakoj pojedinačnoj etapi. Druga i treća vrsta VCO-ova radi skoro isto. Vreme potrebno za svaku etapu je direktno povezano sa vremenom nabijanja i ispunjavajućeg kapacitora.

Radni princip generatora kontrolisanog naponom (VCO)

VCO krugovi mogu biti dizajnirani pomoću mnogo elektronskih komponenti kontrolisanih naponom, poput varaktorskih dioda, tranzistora, op-amplifikatora itd. Ovde ćemo diskutovati o radu VCO-a koristeći op-amplifikatore. Schematicki dijagram je prikazan ispod.

Izlazni talas ovog VCO-a će biti kvadratni talas. Kao što znamo, izlazna frekvencija je povezana sa kontrolnim naponom. U ovom krugu, prvi op-amplifikator će funkcioniši kao integrator. delilac napona je implementiran ovde. Zbog toga, polovina kontrolnog napona koji je dat kao ulaz daje se pozitivnom terminalu op-amplifikatora 1. Isti nivo napona se održava na negativnom terminalu. Ovo je da bi se održao pad napona preko otpornika, R1 kao polovina kontrolnog napona.
Kada je MOSFET uključen, struja koja teče kroz otpornik R1 prolazi kroz MOSFET. R2 ima polovinu otpornosti, isti pad napona i dvostruku struju kao R1. Dakle, dodatna struja nabija povezan kapacitor. Op-amplifikator 1 treba da pruži postepeno rastući izlazni napon kako bi obezbedio tu struju.
Kada je MOSFET isključen, struja koja teče kroz otpornik R1prolazi kroz kapacitor, dešaržira se. Izlazni napon dobijen od op-amplifikatora 1 u tom trenutku će pada. Kao rezultat, generiše se trougaoni talas kao izlaz op-amplifikatora 1.
Op-amplifikator 2 će raditi kao Schmittov prekidnik. Ulaz u ovaj op-amplifikator je trougaoni talas koji je izlaz op-amplifikatora 1. Ako je ulazni napon veći od pragovog nivoa, izlaz od op-amplifikatora 2 će biti VCC. Ako je ulazni napon manji od pragovog nivoa, izlaz od op-amplifikatora 2 će biti nula. Stoga, izlaz op-amplifikatora 2 će biti kvadratni talas.
Primer VCO-a je LM566 IC ili IC 566. To je zapravo osmougličeni integrirani krug koji može proizvesti dvostruki izlaz - kvadratni i trougaoni talas. Interni krug je prikazan ispod.

Primene generatora kontrolisanog naponom

• Gener