Napäťovo riadený oscilátor (VCO)

Väčšina zariadení spotrebnej elektroniky okolo nás, ako sú mobilné telefóny, TV, rádiá, prehrávače MP3 atď., Sú kombináciou digitálnej a analógovej elektroniky. Kdekoľvek existuje bezdrôtový prenos / príjem alebo sú do elektronického dizajnu zapojené zvukové signály, budeme potrebovať periodické oscilačné elektronické signály, tieto signály sa nazývajú oscilačné signály a sú veľmi užitočné pri bezdrôtovom prenose alebo pri vykonávaní operácií súvisiacich s časovaním.

Oscilátor v elektronike, sa všeobecne týka obvodu, ktorý je schopný produkovať krivky. Tento tvar vlny môže byť buď sínusový, trojuholníkový, alebo dokonca typu pilového zuba. Niektoré z najbežnejších obvodov oscilátora sú obvod LC, obvod nádrže atď. Oscilátor riadený napätímje oscilátor, ktorý produkuje kmitavé signály (krivky) s premenlivou frekvenciou. Frekvencia tohto tvaru vlny sa mení menením veľkosti vstupného napätia. Zatiaľ si môžete predstaviť Napäťovo riadený oscilátor (VCO) ako čiernu skrinku, ktorá prijíma napätie premenlivej veľkosti a produkuje výstupný signál premenlivej frekvencie a frekvencia výstupného signálu je priamo úmerná veľkosti vstupného napätia.. V tejto príručke sa dozvieme viac o tejto čiernej skrinke a o tom, ako ju použiť v našich dizajnoch.

Pracovný princíp

Existuje veľa typov obvodov VCO používaných v rôznych aplikáciách, ale na základe ich výstupného napätia je možné ich rozdeliť do dvoch typov.

Harmonické oscilátory: Ak je výstupný priebeh vlny oscilátora sínusový, potom sa nazýva harmonické oscilátory. Do tejto kategórie patria RC, LC obvody a tankové obvody. Tieto typy oscilátorov sa implementujú ťažšie, ale majú lepšiu stabilitu ako relaxačný oscilátor. Harmonické oscilátory sa tiež nazývajú lineárne riadené oscilátory.

Relaxačný oscilátor: Ak je výstupný priebeh vlny oscilátora v pílovitom alebo trojuholníkovom tvare, potom sa oscilátor nazýva relaxačný oscilátor. Tieto sú pomerne ľahko implementovateľné a teda najbežnejšie používané. Relaxačný oscilátor možno ďalej klasifikovať ako

Oscilátor riadený napätím riadeným vysielačom
Oscilátor riadený napätím uzemneného kondenzátora
Oscilátor riadený oneskorením na základe napätia

Oscilátor riadený napätím - praktická aplikácia

Ako už bolo spomenuté, VCO je možné jednoducho zostaviť pomocou dvojice RC alebo LC, ale v reálnych aplikáciách to nikto nerobí. Existuje niekoľko vyhradených integrovaných obvodov, ktoré majú schopnosť generovať oscilácie na základe vstupného napätia. Jedným z takýchto bežne používaných integrovaných obvodov je LM566 z národného polovodiča.

Tento IC je schopný generovať trojuholníkovú aj štvorcovú vlnu a nominálnu frekvenciu tejto vlny je možné nastaviť pomocou externého kondenzátora a kondenzátora a odporu. Neskôr sa táto frekvencia môže meniť aj v reálnom čase na základe vstupného napätia, ktoré sa do nej dodáva.

Kolík schéma LM566 IC je uvedené nižšie

IC je možné prevádzkovať buď z jedného napájacieho zdroja, alebo z dvojitej napájacej lišty s prevádzkovým napätím do 24V. Kolíky 3 a 4 sú výstupné kolíky, ktoré nám dávajú štvorcovú vlnu a trojuholníkovú vlnu. Nominálnu frekvenciu je možné nastaviť pripojením správnej hodnoty kondenzátora a odporu k pinom 7 a 6.

Tieto vzorce na výpočet hodnoty R a C, založené na výstupnú frekvenciu (Fo) je daná vzorcov

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

Kde, Vss je napájacie napätie (tu 12V) a Vc je riadiace napätie privedené na kolík 5 na základe veľkosti ktorého je riadená výstupná frekvencia. (Tu sme vytvorili delič potenciálov pomocou 1,5k a 10k rezistora na dodávanie konštantného napätia na pin 5). Vzorová schéma zapojenia pre LM566 je uvedená nižšie

V praktických aplikáciách môžu byť rezistory 1.5k a 10k ignorované a riadiace napätie môže byť priamo napájané na pin 5. Hodnotu Ro a Co môžete tiež zmeniť na základe vami požadovaného rozsahu výstupnej frekvencie. Prečítajte si tiež technický list a skontrolujte, ako lineárne sa výstupná frekvencia líši od vstupného riadiaceho napätia. Hodnota výstupnej frekvencie je nastaviteľná pomocou riadiaceho napätia (na kolíku 5) v pomere 10: 1, čo nám pomáha pri poskytovaní širokého rozsahu riadenia.

Aplikácie napäťovo riadených oscilátorov (VCO)

Kľúčovanie s frekvenčným posunom
Identifikátory frekvencie
Rozpoznávače tónov klávesnice
Generátory hodín / signálu / funkcií
Používa sa na vytvorenie slučiek fázového zámku.

Napäťovo riadený oscilátor je hlavným funkčným blokom v systéme s fázovo blokovanou slučkou. Poďme teda pochopiť aj to, čo je to fázová slučka, prečo je to dôležité a čo VCO robí vo vnútri fázovo uzamknutej slučky.

Čo je to fázovo blokovaná slučka (PLL)?

Smyčka fázového zámku, označovaná tiež ako PPL, je riadiaci systém, ktorý sa skladá hlavne z troch dôležitých blokov. Sú to fázový detektor, dolnopriepustný filter a oscilátor riadený napätím. Spoločne tieto tri formy tvoria riadiaci systém, ktorý neustále upravuje frekvenciu výstupného signálu na základe frekvencie vstupného signálu. Bloková schéma PLL je uvedená nižšie

Systém PLL sa používa v aplikáciách, kde sa z nestabilného frekvenčného signálu (f _IN) musí získať vysoká stabilná frekvencia (f _OUT). Hlavnou funkciou obvodu PLL je produkovať výstupný signál s rovnakou frekvenciou vstupného signálu. To je veľmi dôležité v bezdrôtových aplikáciách, ako sú smerovače, vysokofrekvenčné prenosové systémy, mobilné siete atď.

Fázový detektor porovnáva vstupnú frekvenciu (f _IN) s výstupnou frekvenciou (f _OUT) pomocou poskytnutej spätnoväzbovej cesty. Rozdiel v týchto dvoch signáloch sa porovnáva a uvádza ako hodnota napätia a označuje sa ako chybový napäťový signál. Tento napäťový signál bude mať tiež spojený nejaký vysokofrekvenčný šum, ktorý je možné filtrovať pomocou dolnopriepustného filtra. Potom je tento napäťový signál poskytnutý VCO, ktorý, ako už vieme, mení výstupnú frekvenciu na základe poskytnutého napäťového signálu (riadiaceho napätia).

PLL - praktická aplikácia

Jedným z bežne používaných integrovaných obvodov PLL je LM567. Je to IC dekodér tónov, čo znamená, že počúva konkrétny typ tónu nakonfigurovaného používateľom na kolíku 3, ak je tento tón prijatý, spája výstup (kolík 8) so zemou. Takže v zásade počúva všetok zvuk, ktorý je k dispozícii na frekvencii, a neustále porovnáva frekvenciu týchto zvukových signálov s prednastavenou frekvenciou pomocou techniky PLL. Keď sa frekvencie zhodujú s výstupným pinom, znížila sa. Kolík IO LM567 je zobrazený nižšie, obvod je vysoko citlivý na šum, takže nebuďte prekvapení, ak tento IC nedokáže pracovať na nepájivej doske.

Ako je znázornené na výstupe, integrovaný obvod pozostáva z obvodu detektora fázy I a Q vo vnútri. Tento fázový detektor kontroluje rozdiel medzi nastavenou frekvenciou a prichádzajúcim frekvenčným signálom. Na nastavenie hodnoty tejto nastavenej frekvencie sa používajú externé komponenty. IC sa tiež skladá z filtračného obvodu, ktorý bude filtrovať nepravidelný šum pri prepínaní, ale vyžaduje externý kondenzátor pripojený k kolíku 1. ^2. kolík sa používa na nastavenie šírky pásma IC, čím vyššia bude kapacita, tým nižšia bude šírka pásma. Kolíky 5 a 6 sa používajú na nastavenie hodnoty nastavenej frekvencie. Túto hodnotu frekvencie je možné vypočítať pomocou nasledujúcich vzorcov

Základný obvod pre LM567 IC je uvedený nižšie.

Vstupný signál, ktorého frekvencia sa musí porovnávať, sa privádza na pin 3 cez filtračný kondenzátor s hodnotou 0,01 uF. Táto frekvencia sa porovnáva s nastavenou frekvenciou. Frekvencia sa nastavuje pomocou rezistora 2,4 k (R1) a 0,0033 kondenzátora (C1), tieto hodnoty sa dajú vypočítať podľa vami nastavenej frekvencie pomocou vyššie diskutovaných vzorcov.

Keď je vstupná frekvencia zladená s nastavenou frekvenciou, výstupný pin (pin 8) bude uzemnený. Pokiaľ inak, tento pin zostane vysoký. Tu sme ako záťaž použili rezistor (R _L), ale zvyčajne to bude LED alebo bzučiak, ako to vyžaduje konštrukcia. Tak LM567 používa schopnosť VCO pre porovnanie frekvencie, čo je veľmi užitočné v audio / bezdrôtových príbuzné aplikácie.

Dúfam, že teraz máte dobrý nápad o VCO, ak máte pochybnosti, uverejnite ich v sekcii komentárov alebo použite fóra.

Skontrolujte tiež:

Oscilátor RC fázového posuvu
Wein Bridge Oscilátor
Oscilátor z kremenného kryštálu