Spanningsgestuurde oscillator (VCO)

De meeste consumentenelektronica om ons heen zoals mobiele telefoons, tv, radio, mp3-spelers enz. Zijn een combinatie van digitale en analoge elektronica. Overal waar draadloze verzending / ontvangst is of audiosignalen betrokken zijn bij een elektronisch ontwerp, daar hebben we periodiek oscillerende elektronische signalen nodig. Deze signalen worden oscillerende signalen genoemd en zijn erg handig bij draadloze verzending of om timinggerelateerde bewerkingen uit te voeren.

Een oscillator in elektronica verwijst over het algemeen naar een circuit dat golfvormen kan produceren. Deze golfvorm kan een sinus-, driehoek- of zelfs zaagtandtype zijn. Enkele van de meest voorkomende oscillatorcircuits zijn LC-circuit, tankcircuit enz. Een spanningsgestuurde oscillatoris een oscillator die oscillerende signalen (golfvormen) met variabele frequentie produceert. De frequentie van deze golfvorm wordt gevarieerd door de grootte van de ingangsspanning te variëren. Voorlopig kun je je een spanningsgestuurde oscillator (VCO) voorstellen als een zwarte doos die spanning van variabele grootte opneemt en een uitgangssignaal met variabele frequentie produceert, en de frequentie van het uitgangssignaal is recht evenredig met de grootte van de ingangsspanning. In deze tutorial zullen we meer leren over deze zwarte doos en hoe u deze in onze ontwerpen kunt gebruiken.

Werkingsprincipe van

Er zijn veel soorten VCO-circuits die in verschillende toepassingen worden gebruikt, maar ze kunnen grofweg in twee typen worden ingedeeld op basis van hun uitgangsspanning.

Harmonische oscillatoren: als de uitgangsgolfvorm van de oscillator sinusvormig is, wordt deze harmonische oscillatoren genoemd. De RC-, LC-circuits en Tankcircuits vallen in deze categorie. Dit soort oscillatoren zijn moeilijker te implementeren, maar ze hebben een betere stabiliteit dan de Relaxation Oscillator. Harmonische oscillatoren worden ook wel lineaire spanningsgestuurde oscillator genoemd.

Ontspanningsoscillator: als de uitgangsgolfvorm van de oscillator een zaagtand- of driehoekige vorm heeft, wordt de oscillator een relaxatie-oscillator genoemd. Deze zijn relatief eenvoudig te implementeren en worden daarom het meest gebruikt. Relaxation Oscillator kan verder worden geclassificeerd als

• Emitter-gekoppelde spanningsgestuurde oscillator
• Geaarde condensator Spanningsgestuurde oscillator
• Op vertraging gebaseerde ring-spanningsgestuurde oscillator

Spanningsgestuurde oscillator - praktische toepassing

Zoals eerder vermeld, kan VCO eenvoudig worden geconstrueerd met behulp van een RC- of LC-paar, maar in echte toepassingen doet niemand dat echt. Er is een speciale IC die oscillaties kan genereren op basis van de ingangsspanning. Een van deze veelgebruikte IC's is de LM566 van National Semiconductor.

Dit IC is in staat zowel driehoekige als blokgolven te genereren en de nominale frequentie van deze golf kan worden ingesteld met behulp van een externe condensator en een weerstand. Later kan deze frequentie ook in realtime worden gevarieerd op basis van de ingangsspanning die eraan wordt geleverd.

Het pin-diagram van de LM566 IC wordt hieronder weergegeven

Het IC kan worden bediend vanaf een enkele voeding of vanaf een dubbele voedingsrail met een bedrijfsspanning tot 24 V. De pinnen 3 en 4 zijn de uitgangspennen die ons respectievelijk de blokgolf en driehoeksgolf geven. De nominale frequentie kan worden ingesteld door de juiste waarde van condensator en weerstand aan te sluiten op de pinnen 7 en 6.

De formules om de waarde van R en C te berekenen op basis van de uitgangsfrequentie (Fo) worden gegeven door de formules

Fo = 2,4 (Vss - Vc) / Ro + Co + Vss

Waar, Vss is de voedingsspanning (hier 12V) en Vc is de stuurspanning die wordt toegepast op pin 5 op basis van de grootte van de uitgangsfrequentie. (Hier hebben we een potentiaalverdeler gevormd met behulp van een weerstand van 1.5k en 10k om een ​​constante spanning aan pin 5 te leveren). Een voorbeeld van een schakelschema voor LM566 wordt hieronder getoond

In praktische toepassingen kunnen de weerstanden 1.5k en 10k worden genegeerd en kan de stuurspanning direct aan pin 5 worden geleverd. U kunt ook de waarde van Ro en Co wijzigen op basis van uw vereiste bereik van uitgangsfrequentie. Raadpleeg ook het gegevensblad om te controleren hoe lineair de uitgangsfrequentie varieert met betrekking tot de ingangsstuurspanning. De waarde van de uitgangsfrequentie kan worden aangepast met behulp van de stuurspanning (op pin 5) met een verhouding van 10: 1, wat ons helpt bij het bieden van een breed scala aan bedieningselementen.

Toepassingen van spanningsgestuurde oscillatoren (VCO)

• Frequency Shift Keying
• Frequentie-identificatoren
• Toetstoonherkenners
• Klok- / signaal- / functiegeneratoren
• Wordt gebruikt om Phase Locked Loops te bouwen.

De spanningsgestuurde oscillator is het belangrijkste functieblok in een Phase Locked Loop-systeem. Dus laten we ook begrijpen over de faselus, waarom het belangrijk is en wat een VCO doet in een Phase Locked Loop.

Wat is een Phase Locked Loop (PLL)?

Phase Locked Loop, ook wel PPL genoemd, is een besturingssysteem dat voornamelijk uit drie belangrijke blokken bestaat. Het zijn fasedetectoren, laagdoorlaatfilter en spanningsgestuurde oscillator. Samen vormen deze drie een besturingssysteem dat constant de frequentie van het uitgangssignaal aanpast op basis van de frequentie van het ingangssignaal. Het blokschema van een PLL wordt hieronder weergegeven

Het PLL-systeem wordt gebruikt in toepassingen waar een hoge stabiele frequentie (f _OUT) moet worden verkregen uit een onstabiel frequentiesignaal (f _IN). De belangrijkste functie van een PLL-circuit is om het uitgangssignaal te produceren met dezelfde frequentie als het ingangssignaal. Dit is erg belangrijk in draadloze toepassingen zoals routers, RF-transmissiesystemen, mobiele netwerken enz.

De fasedetector vergelijkt de ingangsfrequentie (f _IN) met de uitgangsfrequentie (f _OUT) met behulp van het beschikbare feedbackpad. Het verschil tussen deze twee signalen wordt vergeleken en weergegeven in termen van een spanningswaarde, en wordt foutspanningssignaal genoemd. Dit spanningssignaal zal ook wat hoogfrequente ruis bevatten, die kan worden gefilterd door een laagdoorlaatfilter te gebruiken. Vervolgens wordt dit spanningssignaal geleverd aan een VCO die, zoals we al weten, de uitgangsfrequentie varieert op basis van het geleverde spanningssignaal (stuurspanning).

PLL - Praktische toepassing

Een van de meest gebruikte PLL-implementatie-IC's is de LM567. Het is een toondecoder-IC, wat betekent dat het luistert naar een bepaald door de gebruiker geconfigureerd type toon op pin 3. Als die toon wordt ontvangen, verbindt het de uitgang (pin 8) met aarde. Dus eigenlijk luistert u naar al het beschikbare geluid in de frequentie en blijft u de frequentie van die geluidssignalen vergelijken met een vooraf ingestelde frequentie met behulp van de PLL-techniek. Wanneer de frequenties overeenkomen met de uitgangspen, wordt deze laag. De pin van de LM567 IC wordt hieronder getoond, het circuit is zeer gevoelig voor ruis, dus wees niet verbaasd als je dit IC niet aan het werk kunt krijgen op een breadboard.

Zoals te zien is op de pin-out, bestaat het IC uit een I- en Q-fasedetectorcircuit. Deze Fasedetectoren controleren het verschil tussen de ingestelde frequentie en het binnenkomende frequentiesignaal. Externe componenten worden gebruikt om de waarde van deze ingestelde frequentie in te stellen. Het IC bestaat ook uit een filtercircuit dat de grillige schakelruis filtert, maar hiervoor is een externe condensator nodig die is aangesloten op pin 1. De ^2e pin wordt gebruikt om de bandbreedte van het IC in te stellen, hoe hoger de capaciteit, hoe lager de bandbreedte. De pinnen 5 en 6 worden gebruikt om de waarde van de ingestelde frequentie in te stellen. Deze frequentiewaarde kan worden berekend met behulp van de onderstaande formules

Het basiscircuit voor de LM567 IC wordt hieronder weergegeven.

Het ingangssignaal waarvan de frequentie moet worden vergeleken, wordt aan pin 3 gegeven via een filtercondensator met een waarde van 0,01 uF. Deze frequentie wordt vergeleken met de ingestelde frequentie. De frequentie wordt ingesteld met behulp van de 2.4k-weerstand (R1) en 0.0033-condensator (C1), deze waarden kunnen worden berekend volgens uw ingestelde frequentie met behulp van de hierboven besproken formules.

Wanneer de ingangsfrequentie overeenkomt met de ingestelde frequentie, wordt de uitgangspen (pin 8) geaard. Anders blijft deze pin hoog. Hier hebben we een weerstand (R _L) als belasting gebruikt, maar normaal gesproken is het een led of zoemer, zoals vereist door het ontwerp. Daarom gebruikt de LM567 de mogelijkheid van VCO om frequenties te vergelijken, wat erg handig is in audio / draadloze toepassingen.

Ik hoop dat je nu een goed idee hebt over VCO's, als je twijfelt, plaats ze dan in het commentaargedeelte of gebruik de forums.

Controleer ook:

• RC-faseverschuivingsoscillator
• Wein Bridge-oscillator
• Kwarts Kristaloscillator