Napěťově řízený oscilátor (VCO)

Většina spotřebních elektronických zařízení kolem nás, jako jsou mobilní telefony, televize, rádio, přehrávače MP3 atd., Je kombinací digitální a analogové elektroniky. Kdekoli existuje bezdrátový přenos / příjem nebo jsou do elektronického designu zapojeny zvukové signály, budeme potřebovat periodické oscilační elektronické signály, tyto signály se nazývají oscilační signály a jsou velmi užitečné při bezdrátovém přenosu nebo provádění operací souvisejících s časováním.

Oscilátor v elektronice, se obecně týká obvodu, který je schopen produkovat křivky. Tento tvar vlny může být buď sinusový, trojúhelníkový, nebo dokonce typ pilového zubu. Mezi nejběžnější obvody oscilátoru patří obvod LC, obvod nádrže atd. Oscilátor řízený napětímje oscilátor, který produkuje oscilační signály (průběhy) s proměnnou frekvencí. Frekvence tohoto tvaru vlny se mění změnou velikosti vstupního napětí. Prozatím si můžete představit napěťově řízený oscilátor (VCO) jako černou skříňku, která přijímá napětí proměnné velikosti a produkuje výstupní signál proměnné frekvence a frekvence výstupního signálu je přímo úměrná velikosti vstupního napětí. Dozvíme se více o této černé skříňce a o tom, jak ji použít v našich návrzích v tomto kurzu.

Pracovní princip

Existuje mnoho typů obvodů VCO používaných v různých aplikacích, ale lze je rozdělit do dvou typů na základě jejich výstupního napětí.

Harmonické oscilátory: Pokud je výstupní křivka oscilátoru sinusová, nazývá se to jako harmonické oscilátory. Obvody RC, LC a Tank spadají do této kategorie. Tyto typy oscilátorů jsou těžší implementovatelné, ale mají lepší stabilitu než Relaxační oscilátor. Harmonické oscilátory se také nazývají jako oscilátor řízený lineárním napětím.

Relaxační oscilátor: Pokud je výstupní průběh oscilátoru ve tvaru pilovitého nebo trojúhelníkového tvaru, pak se oscilátor nazývá relaxační oscilátor. Jsou poměrně snadno implementovatelné, a proto se nejčastěji používají. Relaxační oscilátor lze dále klasifikovat jako

• Oscilátorem řízené napětí spojené s emitorem
• Uzemněný kondenzátor Napětí řízený oscilátor
• Oscilátor řízený zpožděným kruhovým napětím

Oscilátor řízený napětím - praktická aplikace

Jak již bylo zmíněno dříve, VCO lze jednoduše konstruovat pomocí RC nebo LC páru, ale v reálném světě to nikdo nedělá. Existuje několik vyhrazených IC, které mají schopnost generovat oscilace na základě vstupního napětí. Jedním z takových běžně používaných IC je LM566 z národního polovodiče.

Tento IC je schopen generovat jak trojúhelníkovou, tak i obdélníkovou vlnu a jmenovitou frekvenci této vlny lze nastavit pomocí externího a kondenzátoru a rezistoru. Později lze tuto frekvenci měnit také v reálném čase na základě vstupního napětí, které je do ní přiváděno.

Níže je uveden pinový diagram IC LM566

IC lze provozovat buď z jednoho napájecího zdroje, nebo ze dvou napájecích lišt s provozním napětím do 24V. Kolíky 3 a 4 jsou výstupní kolíky, které nám dávají obdélníkovou vlnu a trojúhelníkovou vlnu. Nominální frekvenci lze nastavit připojením správné hodnoty kondenzátoru a rezistoru k pinům 7 a 6.

Tyto vzorce pro výpočet hodnoty R a C, založené na výstupní frekvenci (Fo) je dána vzorců

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

Kde, Vss je napájecí napětí (zde 12V) a Vc je řídicí napětí přivedené na kolík 5 na základě jeho velikosti je řízena výstupní frekvence. (Zde jsme vytvořili dělič potenciálu pomocí 1,5k a 10k rezistoru pro dodávání konstantního napětí na pin 5). Ukázkové schéma zapojení pro LM566 je uvedeno níže

V praktických aplikacích lze rezistory 1.5k a 10k ignorovat a řídicí napětí lze přímo přivést na pin 5. Hodnotu Ro a Co můžete také změnit podle požadovaného rozsahu výstupní frekvence. Podívejte se také na datový list a zkontrolujte, jak lineárně se výstupní frekvence liší s ohledem na vstupní řídicí napětí. Hodnota výstupní frekvence je nastavitelná pomocí řídicího napětí (na kolíku 5) v poměru 10: 1, což nám pomáhá při zajišťování širokého rozsahu řízení.

Aplikace napěťově řízených oscilátorů (VCO)

• Klíčování frekvenčním posunem
• Identifikátory frekvence
• Rozpoznávání tónů klávesnice
• Generátory hodin / signálu / funkcí
• Používá se k vytváření smyček fázového závěsu.

Napěťově řízený oscilátor je hlavním funkčním blokem v systému s fázovou smyčkou. Pojďme tedy také porozumět smyčce s fázovým zámkem, proč je to důležité a co dělá VCO uvnitř smyčky s fázovým zámkem.

Co je to smyčka fázového závěsu (PLL)?

Smyčka fázového závěsu označovaná také jako PPL, je řídicí systém, který se skládá hlavně ze tří důležitých bloků. Jsou to fázový detektor, dolní propust a oscilátor řízený napětím. Společně tyto tři formy tvoří řídicí systém, který neustále upravuje frekvenci výstupního signálu na základě frekvence vstupního signálu. Blokové schéma PLL je uvedeno níže

Systém PLL se používá v aplikacích, kde je třeba získat vysokou stabilní frekvenci (f _OUT) ze signálu nestabilní frekvence (f _IN). Hlavní funkcí obvodu PLL je produkovat výstupní signál se stejnou frekvencí vstupního signálu. To je velmi důležité v bezdrátových aplikacích, jako jsou směrovače, vysokofrekvenční přenosové systémy, mobilní sítě atd.

Fázový detektor porovnává vstupní frekvenci (f _IN) s výstupní frekvencí (f _OUT) pomocí poskytnuté zpětnovazební cesty. Rozdíl v těchto dvou signálech se porovnává a udává jako hodnota napětí a označuje se jako chybový napěťový signál. S tímto napěťovým signálem bude také spojen nějaký vysokofrekvenční šum, který lze filtrovat pomocí nízkoprůchodového filtru. Pak je tento napěťový signál poskytován VCO, který, jak již víme, mění výstupní frekvenci na základě poskytnutého napěťového signálu (řídicího napětí).

PLL - praktická aplikace

Jedním z běžně používaných integrovaných obvodů PLL je LM567. Jedná se o IC dekodér tónů, což znamená, že poslouchá určitý typ tónu nakonfigurovaného uživatelem na kolíku 3, pokud je tento tón přijat, spojuje výstup (kolík 8) se zemí. Takže v podstatě poslouchat veškerý zvuk, který je k dispozici na frekvenci, a stále porovnávat frekvenci těchto zvukových signálů s přednastavenou frekvencí pomocí techniky PLL. Když se frekvence shodují s výstupním kolíkem, snížilo se to. Kolík IC LM567 je zobrazen níže, obvod je vysoce citlivý na hluk, takže se nedivte, pokud nemůžete tento IC pracovat na prkénku.

Jak je znázorněno na vývodu, IC se skládá z obvodu detektoru fáze I a Q uvnitř. Tyto fázové detektory kontrolují rozdíl mezi nastavenou frekvencí a vstupním frekvenčním signálem. K nastavení hodnoty této nastavené frekvence se používají externí komponenty. IC se také skládá z obvodu filtru, který bude filtrovat nepravidelný spínací šum, ale vyžaduje externí kondenzátor připojený k kolíku 1. ^2. kolík se používá k nastavení šířky pásma IC, čím vyšší bude kapacita, tím nižší bude šířka pásma. Kolíky 5 a 6 se používají k nastavení hodnoty nastavené frekvence. Tuto hodnotu frekvence lze vypočítat pomocí níže uvedených vzorců

Základní obvod pro LM567 IC je uveden níže.

Vstupní signál, jehož frekvence musí být porovnána, je dán kolíku 3 přes filtrační kondenzátor s hodnotou 0,01 uF. Tato frekvence je porovnána s nastavenou frekvencí. Frekvence se nastavuje pomocí rezistoru 2,4 k (R1) a kondenzátoru 0,0033 (C1), tyto hodnoty lze vypočítat podle vaší nastavené frekvence pomocí výše diskutovaných vzorců.

Když se vstupní frekvence shoduje s nastavenou frekvencí, výstupní kolík (pin 8) bude uzemněn. Pokud jinak zůstane tento kolík vysoký. Zde jsme jako zátěž použili rezistor (R _L), ale normálně to bude LED nebo bzučák, jak to vyžaduje design. Tak LM567 používá schopnost VCO pro porovnání frekvence, což je velmi užitečné v audio / bezdrátových příbuzné aplikace.

Doufám, že teď máte dobrý nápad o VCO, pokud máte jakékoli pochybnosti, pošlete je do sekce komentářů nebo použijte fóra.

Zkontrolujte také:

• Oscilátor RC fázového posuvu
• Wein Bridge oscilátor
• Oscilátor z křemenného krystalu