Oscillator Điều Khiển Điện Áp | VCO

Electrical4u

Trường dữ liệu: Điện Cơ Bản

China

What Is Voltage Controlled Oscillator

Oscilator điều khiển bằng điện áp (VCO), từ tên gọi của nó đã rõ ràng rằng tần số tức thời của oscilator được điều khiển bởi điện áp đầu vào. Đây là loại oscilator có thể tạo ra tín hiệu đầu ra với tần số trong phạm vi rộng (từ vài Hertz đến hàng trăm Giga Hertz) tùy thuộc vào điện áp DC đầu vào.

Điều khiển tần số trong Oscilator điều khiển bằng điện áp

Có nhiều dạng VCO thường được sử dụng. Nó có thể là loại oscilator RC, multi vibrator, LC hoặc oscilator thạch anh. Tuy nhiên, nếu là loại oscilator RC, tần số dao động của tín hiệu đầu ra sẽ tỷ lệ nghịch với điện dung như

Trong trường hợp của oscilator LC, tần số dao động của tín hiệu đầu ra sẽ là
Do đó, chúng ta có thể nói rằng khi điện áp đầu vào hoặc điện áp điều khiển tăng lên, điện dung giảm đi. Do đó, điện áp điều khiển và tần số dao động tỷ lệ thuận. Nghĩa là, khi một tăng, cái kia cũng tăng.
voltage controlled oscillator

Hình trên đại diện cho nguyên lý làm việc cơ bản của oscilator điều khiển bằng điện áp. Ở đây, chúng ta có thể thấy rằng tại điện áp điều khiển định mức được biểu diễn bằng VC(nom), oscilator hoạt động ở tần số tự do hoặc tần số bình thường, fC(nom). Khi điện áp điều khiển giảm từ điện áp định mức, tần số cũng giảm và khi điện áp định mức tăng, tần số cũng tăng.
Các điôt biến đổi điện dung (có sẵn trong các dải điện dung khác nhau) được sử dụng để tạo ra điện áp biến đổi này. Đối với các oscilator tần số thấp, tốc độ sạc của điện dung được thay đổi bằng nguồn dòng điện điều khiển bằng điện áp để tạo ra điện áp biến đổi.

Loại Oscilator điều khiển bằng điện áp

Các VCO có thể được phân loại dựa trên dạng sóng đầu ra:

Oscilator hài hoà
Oscilator thư giãn

Oscilator hài hoà

Dạng sóng đầu ra do oscilator hài hoà tạo ra là dạng sin. Điều này thường được gọi là oscilator điều khiển bằng điện áp tuyến tính. Các ví dụ bao gồm LC và oscilator thạch anh. Ở đây, điện dung của điôt biến đổi điện dung được thay đổi bởi điện áp trên điôt. Điều này dẫn đến sự thay đổi điện dung của mạch LC. Do đó, tần số đầu ra sẽ thay đổi. Ưu điểm là ổn định tần số so với nguồn điện, nhiễu và nhiệt độ, chính xác trong điều khiển tần số. Nhược điểm chính là loại oscilator này không thể được thực hiện dễ dàng trên IC monolithic.

Oscilator thư giãn

Dạng sóng đầu ra do oscilator thư giãn tạo ra là dạng răng cưa. Loại này có thể tạo ra dải tần số lớn bằng cách sử dụng ít thành phần hơn. Chủ yếu nó có thể được sử dụng trong IC monolithic. Oscilator thư giãn có thể có các cấu trúc sau:

VCO vòng trễ
VCO điện dung nối đất
VCO liên kết phát xạ

Ở đây, trong VCO vòng trễ, các giai đoạn khuếch đại được kết nối với nhau theo hình vòng. Như tên gọi, tần số liên quan đến độ trễ trong mỗi giai đoạn. Hai loại VCO thứ hai và thứ ba hoạt động gần giống nhau. Thời gian chu kỳ trong mỗi giai đoạn tỷ lệ thuận với thời gian sạc và xả của điện dung.

Nguyên lý làm việc của Oscilator điều khiển bằng điện áp (VCO)

VCO có thể được thiết kế bằng nhiều linh kiện điện tử điều khiển bằng điện áp như điôt biến đổi điện dung, transistor, Op-amp v.v. Ở đây, chúng ta sẽ thảo luận về cách hoạt động của VCO sử dụng Op-amp. Sơ đồ mạch được hiển thị dưới đây.
working principle of voltage controlled oscillator
Dạng sóng đầu ra của VCO này sẽ là dạng vuông. Như chúng ta biết, tần số đầu ra liên quan đến điện áp điều khiển. Trong mạch này, Op-amp đầu tiên sẽ hoạt động như một bộ tích phân. Mô hình chia điện áp được sử dụng ở đây. Do đó, nửa điện áp điều khiển được đưa vào đầu vào dương của Op-amp 1. Cấp độ tương tự của điện áp được duy trì ở đầu vào âm. Điều này nhằm duy trì giảm điện áp trên điện trở, R1 là nửa điện áp điều khiển.
Khi MOSFET đang bật, dòng điện chảy qua điện trở R1 đi qua MOSFET. R2 có điện trở bằng nửa, cùng giảm điện áp và gấp đôi dòng điện so với R1. Do đó, dòng điện dư thừa sẽ sạc điện dung được kết nối. Op-amp 1 cần cung cấp điện áp đầu ra tăng dần để cung cấp dòng điện này.
Khi MOSFET tắt, dòng điện chảy qua điện trở R1điện trở đi qua điện dung, được xả. Điện áp đầu ra từ Op-amp 1 tại thời điểm này sẽ giảm. Kết quả là, một dạng sóng tam giác được tạo ra như đầu ra của Op-amp 1.
Op-amp 2 sẽ hoạt động như một Schmitt trigger. Đầu vào cho Op-amp này là dạng sóng tam giác, là đầu ra của Op-amp 1. Nếu điện áp đầu vào cao hơn mức ngưỡng, đầu ra từ Op-amp 2 sẽ là VCC. Nếu điện áp đầu vào thấp hơn mức ngưỡng, đầu ra từ Op-amp 2 sẽ là zero. Do đó, đầu ra của Op-amp 2 sẽ là dạng sóng vuông.
Ví dụ về VCO là IC LM566 hoặc IC 566. Đây thực tế là một mạch tích hợp 8 chân có thể tạo ra hai đầu ra - dạng sóng vuông và dạng sóng tam giác. Sơ đồ mạch nội bộ được hiển thị dưới đây.