Вольтконтрольований генератор | VCO

Напівпровідниковий генератор, керований напругою (VCO), з назви відразу зрозуміло, що вихідна миттєва частота генератора керується вхідною напругою. Це вид генератора, який може виробляти вихідний сигнал частоти в широкому діапазоні (від кількох герц до сотень гігагерц) залежно від наданого йому вхідного постійного струму.

Керування частотою в напівпровідниковому генераторі, керованому напругою

Багато форм VCO загалом використовуються. Він може бути RC-генератором або мультивібратором, LC-генератором або кристалічним генератором. Однак, якщо це RC-генератор, частота коливань вихідного сигналу буде обернено пропорційна емкості, як

У випадку LC-генератора, частота коливань вихідного сигналу буде
Таким чином, можна сказати, що при збільшенні вхідної напруги або керуючої напруги, емкість зменшується. Тому, керуюча напруга і частота коливань прямо пропорційні. Тобто, коли одна з них збільшується, друга також збільшується.

Рисунок вище представляє основне функціонування напівпровідникового генератора, керованого напругою. Тут можна побачити, що при номінальній керуючій напрузі, представлених VC(nom), генератор працює на своїй вільній або нормальній частоті, fC(nom). Коли керуюча напруга зменшується від номінальної, частота також зменшується, і як тільки номінальна керуюча напруга збільшується, частота також збільшується.
Діоди-варікапи, які є діодами зі змінною емкістю (доступні в різних діапазонах емкостей), використовуються для отримання цієї змінної напруги. Для низькочастотних генераторів, швидкість заряджання конденсаторів змінюється за допомогою струмового джерела, керованого напругою, для отримання змінної напруги.

Типи напівпровідникових генераторів, керованих напругою

VCO можуть бути категоризовані на основі вихідної форми сигнала:

• Гармонічні генератори

• Релаксаційні генератори

Гармонічні генератори

Вихідна форма сигнала, вироблена гармонічними генераторами, є синусоїдальною. Це часто називається лінійним напівпровідниковим генератором, керованим напругою. Прикладами є LC-генератори та кристалічні генератори. Тут, емкість діода-варікапа змінюється напругою, яка проходить через діод. Це, в свою чергу, змінює емкість LC-схеми. Отже, вихідна частота зміниться. Переваги - стабільність частоти відносно живлення, шуму та температури, точність керування частотою. Основним недоліком є те, що такі генератори не можна легко реалізувати на монолітних інтегральних схемах.

Релаксаційні генератори

Вихідна форма сигнала, вироблена релаксаційними генераторами, є пилообразною. Цей тип може забезпечити широкий діапазон частот за допомогою зменшеної кількості компонентів. В основному використовується в монолітних інтегральних схемах. Релаксаційні генератори можуть мати наступні топології:

• VCO на основі затримки у кільці

• VCO з заземленим конденсатором

• VCO з емітерним з'єднанням

Тут, в VCO на основі затримки у кільці, каскади зі змінними змінними з'єднуються в кільце. Як вказує назва, частота пов'язана з затримкою в кожному окремому каскаді. Другий і третій типи VCO працюють практично однаково. Час, який займає кожен каскад, безпосередньо пов'язаний з часом зарядження та розрядження конденсатора.

Принцип роботи напівпровідникового генератора, керованого напругою (VCO)

VCO схеми можуть бути спроектовані за допомогою багатьох електронних компонентів, керованих напругою, таких як діоди-варікапи, транзистори, Операційні підсилювачі тощо. Тут ми будемо обговорювати принцип роботи VCO, використовуючи операційні підсилювачі. Схема показана нижче.

Вихідна форма сигнала цього VCO буде квадратною. Як ми знаємо, вихідна частота пов'язана з керуючою напругою. У цій схемі перший операційний підсилювач буде функціонувати як інтегратор. Застосовується схема поділу напруги. Через це, половина керуючої напруги, подана як вхід, подається на позитивний вход операційного підсилювача 1. Такий же рівень напруги підтримується на негативному вході. Це для підтримки спаду напруги через резистор, R1 як половина керуючої напруги.
Коли ПЗС у включеному стані, струм, що протікає через резистор R1, проходить через ПЗС. R2 має половину опору, такий самий спад напруги та удвічі більший струм, ніж R1. Отже, додатковий струм заряджає підключений конденсатор. Операційний підсилювач 1 повинен забезпечити поступово зростаючу вихідну напругу для забезпечення цього струму.
Коли ПЗС у виключеному стані, струм, що протікає через резистор R1, проходить через конденсатор, розряджається. Вихідна напруга, отримана від операційного підсилювача 1, в цей час буде знижуватися. В результаті генерується трикутна форма сигнала на виході операційного підсилювача 1.
Операційний підсилювач 2 буде функціонувати як тригер Шмітта. Вхід до цього операційного підсилювача є трикутна форма сигнала, яка є виходом операційного підсилювача 1. Якщо вхідна напруга вища за пороговий рівень, вихід від операційного підсилювача 2 буде VCC. Якщо вхідна напруга нижча за пороговий рівень, вихід від операційного підсилювача 2 буде нуль. Тому, вихід операці