Spänningsstyrd oscillator (VCO)

De flesta konsumentelektroniska enheter runt oss som mobiltelefoner, TV, radio, mp3-spelare etc är en kombination av digital och analog elektronik. Varhelst det finns trådlös sändning / mottagning eller ljudsignaler är involverade i en elektronisk design där kommer vi att behöva periodiska oscillerande elektroniska signaler. Dessa signaler kallas oscillerande signaler och är mycket användbara vid trådlös överföring eller för att utföra tidsrelaterade operationer.

En oscillator inom elektronik hänvisar vanligtvis till en krets som kan producera vågformer. Denna vågform kan antingen vara av sinus, triangel eller till och med en sågtand. Några av de vanligaste oscillatorkretsarna är LC-krets, tankkrets etc. En spänningsstyrd oscillatorär en oscillator som producerar oscillerande signaler (vågformer) med variabel frekvens. Frekvensen för denna vågform varieras genom att variera storleken på ingångsspänningen. För närvarande kan du föreställa dig att en spänningsstyrd oscillator (VCO) är en svart låda som tar in spänningen med variabel storlek och producerar en utsignal med variabel frekvens, och utsignalens frekvens är direkt proportionell mot ingångsspänningens storlek.. Vi kommer att lära dig mer om den här svarta rutan och hur man använder en i våra mönster i denna handledning.

Arbetsprincip för

Det finns många typer av VCO-kretsar som används i olika applikationer, men de kan i stort sett klassificeras i två typer baserat på deras utspänning.

Harmoniska oscillatorer: Om oscillatorns utgångsvågform är sinusformad kallas den som harmoniska oscillatorer. RC, LC-kretsar och Tank-kretsar faller inom denna kategori. Dessa typer av oscillatorer är svårare att implementera men de har bättre stabilitet än Relaxation Oscillator. Harmoniska oscillatorer kallas också som linjär spänningsstyrd oscillator.

Avslappningsoscillator: Om oscillatorns utgångsvåg är i sågtand eller triangulär form kallas oscillatorn för Relaxation Oscillator. Dessa är jämförelsevis enkla att implementera och därmed mest använda. Avslappningsoscillator kan vidare klassificeras som

• Emitterkopplad spänningsstyrd oscillator
• Jordad kondensator Spänningsstyrd oscillator
• Fördröjningsbaserad ring Spänningsstyrd oscillator

Spänningsstyrd oscillator - praktisk tillämpning

Som tidigare nämnts kan VCO enkelt konstrueras med RC- eller LC-par, men i verkliga applikationer gör ingen det verkligen. Det finns en del dedikerad IC som har förmågan att generera svängningar baserat på ingångsspänningen. En sådan vanlig IC är LM566 från nationell halvledare.

Denna IC kan generera både triangulär och fyrkantig våg och den nominella frekvensen för denna våg kan ställas in med hjälp av en extern och kondensator och ett motstånd. Senare kan denna frekvens också varieras i realtid baserat på den ingångsspänning som tillförs den.

Den stiftschema av LM566 IC visas nedan

IC kan manövreras antingen från en enda matning eller från en dubbel matningsskena med en driftspänning upp till 24V. Stiften 3 och 4 är utgångsstiften som ger oss fyrkantvåg respektive triangelvåg. Den nominella frekvensen kan ställas in genom att ansluta rätt värde för kondensator och motstånd till stiften 7 och 6.

De formler för att beräkna värdet på R och C baserat på utfrekvensen (Fo) ges av formlerna

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

Var, Vss är matningsspänningen (här 12V) och Vc är styrspänningen som appliceras på stift 5 baserat på vars storlek utfrekvensen styrs. (Här har vi bildat en potentialdelare med 1,5k och 10k motstånd för att mata en konstant spänning till stift 5). Ett provkretsschema för LM566 visas nedan

I praktiska tillämpningar kan motstånden 1.5k och 10k ignoreras och styrspänningen kan matas direkt till stift 5. Du kan också ändra värdet på Ro och Co baserat på önskat utgångsfrekvensområde. Se även databladet för att kontrollera hur linjär utfrekvensen varierar med avseende på ingångsstyrspänningen. Värdet på utgångsfrekvensen kan justeras med hjälp av styrspänningen (på stift 5) i förhållandet 10: 1, vilket hjälper oss att tillhandahålla ett stort antal kontroller.

Tillämpningar av spänningsstyrda oscillatorer (VCO)

• Frekvensomkoppling
• Frekvensidentifierare
• Tangentigenkännare
• Klock- / signal- / funktionsgeneratorer
• Används för att bygga faslåsta slingor.

Den spänningsstyrda oscillatorn är huvudfunktionsblocket i ett faslåst system. Så låt oss också förstå om den faslåsta slingan, varför det är viktigt och vad en VCO gör i en faslåst slinga.

Vad är en faslåst slinga (PLL)?

Phase Locked Loop, även kallad PPL, är ett styrsystem medan det huvudsakligen består av tre viktiga block. De är fasdetektor, lågpassfilter och spänningsstyrd oscillator. Tillsammans bildar dessa tre ett styrsystem som ständigt justerar utsignalens frekvens baserat på insignalens frekvens. Blockdiagrammet för en PLL visas nedan

PLL-systemet används i applikationer där en hög stabil frekvens (f _OUT) måste erhållas från en instabil frekvenssignal (f _IN). Huvudfunktionen för en PLL-krets är att producera utsignalen med samma frekvens som insignalen. Detta är mycket viktigt i trådlösa applikationer som routrar, RF-överföringssystem, mobilenätverk etc.

Fasdetektorn jämför ingångsfrekvensen (f _IN) med utfrekvensen (f _OUT) med hjälp av den återkopplade sökvägen. Skillnaden i dessa två signaler jämförs och ges i termer av ett spänningsvärde och kallas felspänningssignal. Denna spänningssignal kommer också att ha något högfrekvent brus kopplat till sig, vilket kan filtreras med hjälp av ett lågpassfilter. Sedan tillförs denna spänningssignal till en VCO som, som vi redan vet, varierar utfrekvensen baserat på den spänningssignal (styrspänning) som tillhandahålls.

PLL - Praktisk tillämpning

En av de vanligaste IC- apparaterna för PLL är LM567. Det är en tonavkodare IC, vilket betyder att den lyssnar på en viss användarkonfigurerad typ av ton på stift 3 om den tonen tas emot ansluter den utgången (stift 8) till jord. Så i grund och botten att lyssna på allt ljud som finns tillgängligt i frekvensen och jämföra frekvensen hos dessa ljudsignaler med en förinställd frekvens med PLL-tekniken. När frekvenserna matchar utgångsstiftet blev det lågt. Stiftet på LM567 IC visas nedan, kretsen är mycket mottaglig för buller, så bli inte förvånad om du inte kan få denna IC att fungera på en bräda.

Som visas i uttaget består IC av en I- och Q-fasdetektorkrets inuti den. Dessa fasdetektorer kontrollerar skillnaden mellan inställd frekvens och inkommande frekvenssignal. Externa komponenter används för att ställa in värdet på denna inställda frekvens. IC består också av en filterkrets som filtrerar det oregelbundna omkopplingsbruset, men det kräver en extern kondensator ansluten till stift 1. Den ^andra stiftet används för att ställa in IC: ns bandbredd, ju högre kapacitans är bandbredd. Stiften 5 och 6 används för att ställa in värdet för inställd frekvens. Detta frekvensvärde kan beräknas med hjälp av formlerna nedan

Grundkretsen för LM567 IC visas nedan.

Ingångssignalen vars frekvens måste jämföras ges till stiftet 3 genom en filtreringskondensator med värdet 0.01uF. Denna frekvens jämförs med den inställda frekvensen. Frekvensen ställs in med 2,4k motstånd (R1) och 0,0033 kondensator (C1), dessa värden kan beräknas enligt din inställda frekvens med de ovan diskuterade formlerna.

När ingångsfrekvensen matchas med den inställda frekvensen kommer utgångsstiftet (stift 8) att jordas. Om annars kommer denna stift att förbli hög. Här har vi använt en motstånd (R _L) som belastning, men normalt kommer det att vara en LED eller en summer som designen kräver. Således använder LM567 VCO: s förmåga att jämföra frekvenser, vilket är mycket användbart i ljud / trådlösa applikationer.

Hoppas att du har en bra uppfattning om VCO: er nu, om du är tveksam till att lägga upp dem i kommentarsektionen eller använda forumen.

Kontrollera även:

• RC Phase Shift Oscillator
• Wein Bridge Oscillator
• Quartz Crystal Oscillator