Spannungsgesteuerter Oszillator (vco)

Die meisten Unterhaltungselektronikgeräte in unserer Umgebung wie Mobiltelefone, Fernseher, Radio, MP3-Player usw. sind eine Kombination aus digitaler und analoger Elektronik. Überall dort, wo drahtloses Senden / Empfangen oder Audiosignale an einem elektronischen Entwurf beteiligt sind, benötigen wir periodisch oszillierende elektronische Signale. Diese Signale werden als oszillierende Signale bezeichnet und sind sehr nützlich bei der drahtlosen Übertragung oder zur Durchführung zeitbezogener Operationen.

Ein Oszillator in der Elektronik bezieht sich im Allgemeinen auf eine Schaltung, die Wellenformen erzeugen kann. Diese Wellenform kann entweder vom Sinus-, Dreiecks- oder sogar vom Sägezahntyp sein. Einige der gebräuchlichsten Oszillatorschaltungen sind LC-Schaltung, Tankschaltung usw. Ein spannungsgesteuerter Oszillatorist ein Oszillator, der oszillierende Signale (Wellenformen) mit variabler Frequenz erzeugt. Die Frequenz dieser Wellenform wird durch Variieren der Größe der Eingangsspannung variiert. Im Moment können Sie sich einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) als Black Box vorstellen, die eine Spannung variabler Größe aufnimmt und ein Ausgangssignal variabler Frequenz erzeugt. Die Frequenz des Ausgangssignals ist direkt proportional zur Größe der Eingangsspannung. In diesem Tutorial erfahren Sie mehr über diese Black Box und deren Verwendung in unseren Designs.

Arbeitsprinzip von

Es gibt viele Arten von VCO-Schaltungen, die in verschiedenen Anwendungen verwendet werden, aber sie können basierend auf ihrer Ausgangsspannung grob in zwei Typen eingeteilt werden.

Harmonische Oszillatoren: Wenn die Ausgangswellenform des Oszillators sinusförmig ist, wird sie als harmonische Oszillatoren bezeichnet. Die RC-, LC- und Tankschaltungen fallen in diese Kategorie. Diese Arten von Oszillatoren sind schwieriger zu implementieren, bieten jedoch eine bessere Stabilität als der Relaxationsoszillator. Harmonische Oszillatoren werden auch als linearer spannungsgesteuerter Oszillator bezeichnet.

Relaxationsoszillator: Wenn die Ausgangswellenform des Oszillators in Sägezahn- oder Dreiecksform vorliegt, wird der Oszillator als Relaxationsoszillator bezeichnet. Diese sind vergleichsweise einfach zu implementieren und daher am weitesten verbreitet. Der Relaxationsoszillator kann weiter klassifiziert werden als

• Emittergekoppelter spannungsgesteuerter Oszillator
• Spannungsgesteuerter Oszillator mit geerdetem Kondensator
• Verzögerungsbasierter spannungsgesteuerter Ringoszillator

Spannungsgesteuerter Oszillator - Praktische Anwendung

Wie bereits erwähnt, kann VCO einfach mit RC- oder LC-Paaren konstruiert werden, aber in der Praxis tut das niemand wirklich. Es gibt einen dedizierten IC, der auf der Grundlage der Eingangsspannung Schwingungen erzeugen kann. Ein solcher häufig verwendeter IC ist der LM566 von National Semiconductor.

Dieser IC kann sowohl Dreiecks- als auch Rechteckwellen erzeugen, und die Nennfrequenz dieser Welle kann unter Verwendung eines externen Kondensators, eines Kondensators und eines Widerstands eingestellt werden. Später kann diese Frequenz auch in Echtzeit basierend auf der ihr zugeführten Eingangsspannung variiert werden.

Das Pin-Diagramm des LM566-IC ist unten dargestellt

Der IC kann entweder von einer einzelnen Versorgung oder von einer doppelten Versorgungsschiene mit einer Betriebsspannung von bis zu 24 V betrieben werden. Die Pins 3 und 4 sind die Ausgangspins, die uns die Rechteckwelle bzw. die Dreieckwelle geben. Die Nennfrequenz kann eingestellt werden, indem der richtige Wert von Kondensator und Widerstand an die Pins 7 und 6 angeschlossen wird.

Die Formeln zur Berechnung des Wertes von R und C basierend auf der Ausgangsfrequenz (Fo) sind durch die Formeln gegeben

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

Wo, Vss ist die Versorgungsspannung (hier 12 V) und Vc ist die Steuerspannung, die an Pin 5 angelegt wird, basierend auf deren Größe die Ausgangsfrequenz gesteuert wird. (Hier haben wir einen Potentialteiler mit 1,5k und 10k Widerstand gebildet, um Pin 5 mit einer konstanten Spannung zu versorgen). Ein Beispielschaltbild für LM566 ist unten dargestellt

In praktischen Anwendungen können die Widerstände 1.5k und 10k ignoriert und die Steuerspannung direkt an Pin 5 geliefert werden. Sie können den Wert von Ro und Co auch basierend auf dem gewünschten Bereich der Ausgangsfrequenz ändern. Lesen Sie auch das Datenblatt, um zu überprüfen, wie linear die Ausgangsfrequenz in Bezug auf die Eingangssteuerspannung variiert. Der Wert der Ausgangsfrequenz kann über die Steuerspannung (an Pin 5) mit einem Verhältnis von 10: 1 eingestellt werden, was uns dabei hilft, einen breiten Steuerungsbereich bereitzustellen.

Anwendungen spannungsgesteuerter Oszillatoren (VCO)

• Frequenzumtastung
• Frequenzkennungen
• Tastaturtonerkenner
• Takt- / Signal- / Funktionsgeneratoren
• Wird zum Erstellen von Phasenregelkreisen verwendet.

Der spannungsgesteuerte Oszillator ist der Hauptfunktionsblock in einem Phasenregelkreis. Lassen Sie uns also auch verstehen, warum der Phasenregelkreis wichtig ist und was ein VCO in einem Phasenregelkreis tut.

Was ist ein Phasenregelkreis (PLL)?

Phase Locked Loop, auch als PPL bezeichnet, ist ein Steuerungssystem, das hauptsächlich aus drei wichtigen Blöcken besteht. Sie sind Phasendetektor, Tiefpassfilter und spannungsgesteuerter Oszillator. Zusammen bilden diese drei ein Steuersystem, das die Frequenz des Ausgangssignals basierend auf der Frequenz des Eingangssignals ständig anpasst. Das Blockdiagramm einer PLL ist unten gezeigt

Das PLL-System wird in Anwendungen verwendet, bei denen aus einem instabilen Frequenzsignal (f _IN) eine hochstabile Frequenz (f _OUT) erhalten werden muss. Die Hauptfunktion einer PLL-Schaltung besteht darin, das Ausgangssignal mit der gleichen Frequenz des Eingangssignals zu erzeugen. Dies ist sehr wichtig in drahtlosen Anwendungen wie Routern, HF-Übertragungssystemen, Mobilfunknetzen usw.

Der Phasendetektor vergleicht die Eingangsfrequenz (f _IN) mit der Ausgangsfrequenz (f _OUT) unter Verwendung des bereitgestellten Rückkopplungspfads. Die Differenz zwischen diesen beiden Signalen wird verglichen und als Spannungswert angegeben und als Fehlerspannungssignal bezeichnet. Mit diesem Spannungssignal ist auch ein hochfrequentes Rauschen verbunden, das mithilfe eines Tiefpassfilters gefiltert werden kann. Dieses Spannungssignal wird dann einem VCO zugeführt, der, wie wir bereits wissen, die Ausgangsfrequenz basierend auf dem bereitgestellten Spannungssignal (Steuerspannung) variiert.

PLL - Praktische Anwendung

Einer der häufig verwendeten PLL-Implementierungs-ICs ist der LM567. Es handelt sich um einen Tondecoder-IC, dh er hört einen bestimmten vom Benutzer konfigurierten Tontyp an Pin 3 ab. Wenn dieser Ton empfangen wird, verbindet er den Ausgang (Pin 8) mit Masse. Im Grunde genommen, um den gesamten in der Frequenz verfügbaren Ton zu hören und die Frequenz dieser Tonsignale mit einer voreingestellten Frequenz unter Verwendung der PLL-Technik zu vergleichen. Wenn die Frequenzen mit dem Ausgangspin übereinstimmen, wird er niedrig. Der Pin des LM567-ICs ist unten dargestellt. Die Schaltung ist sehr anfällig für Rauschen. Seien Sie also nicht überrascht, wenn Sie diesen IC nicht auf einem Steckbrett zum Laufen bringen können.

Wie in der Pinbelegung gezeigt, besteht der IC aus einer I- und Q-Phasendetektorschaltung in ihm. Diese Phasendetektoren prüfen die Differenz zwischen der eingestellten Frequenz und dem eingehenden Frequenzsignal. Externe Komponenten werden verwendet, um den Wert dieser eingestellten Frequenz einzustellen. Der IC besteht auch aus einer Filterschaltung, die das Schaltrauschen erratischen filtern, aber es benötigt einen externen Kondensator auf Pin verbunden 1. Die 2 ^nd Stift verwendet wird, um die Bandbreite des ICS zu setzen, um die Kapazität höher wird geringer die Bandbreite sein. Mit den Pins 5 und 6 wird der Wert der eingestellten Frequenz eingestellt. Dieser Frequenzwert kann unter Verwendung der folgenden Formeln berechnet werden

Die Grundschaltung für den LM567-IC ist unten dargestellt.

Das Eingangssignal, dessen Frequenz verglichen werden muss, wird über einen Filterkondensator mit einem Wert von 0,01 uF an Pin 3 abgegeben. Diese Frequenz wird mit der eingestellten Frequenz verglichen. Die Frequenz wird mit dem 2,4-k-Widerstand (R1) und dem 0,0033-Kondensator (C1) eingestellt. Diese Werte können anhand der oben beschriebenen Formeln gemäß Ihrer eingestellten Frequenz berechnet werden.

Wenn die Eingangsfrequenz mit der eingestellten Frequenz übereinstimmt, wird der Ausgangsstift (Pin 8) geerdet. Andernfalls bleibt dieser Stift hoch. Hier haben wir einen Widerstand (R _L) als Last verwendet, aber normalerweise ist es eine LED oder ein Summer, wie vom Design gefordert. Daher nutzt der LM567 die Fähigkeit von VCO, Frequenzen zu vergleichen, was in Audio- / Funkanwendungen sehr nützlich ist.

Ich hoffe, Sie haben jetzt eine gute Vorstellung von VCO's, wenn Sie Zweifel haben, posten Sie sie im Kommentarbereich oder nutzen Sie die Foren.

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