Генератор, керований напругою (vco)

Більшість споживчих електронних пристроїв навколо нас, такі як мобільні телефони, телевізори, радіо, програвачі Mp3 тощо, є поєднанням цифрової та аналогової електроніки. Де б не було бездротової передачі / прийому або аудіосигнали задіяні в електронному дизайні, нам будуть потрібні періодичні коливальні електронні сигнали, які називаються коливальними сигналами і дуже корисні в бездротовій передачі або для виконання операцій, пов'язаних з синхронізацією.

Осцилятор в області електроніки, як правило, відноситься до схеми, яка здатна виробляти форми хвилі. Цей сигнал може мати або синусоїдальний, трикутний, або навіть тип зубця пилки. Деякі з найпоширеніших ланцюгів генераторів - це LC-ланцюг, схема резервуара тощо. Осцилятор, керований напругою- це генератор, який виробляє коливальні сигнали (сигнали) із змінною частотою. Частота цього сигналу змінюється в залежності від величини вхідної напруги. На даний момент ви можете уявити, що осцилятор, керований напругою (VCO), є чорною скринькою, яка приймає напругу змінної величини і виробляє вихідний сигнал змінної частоти, а частота вихідного сигналу прямо пропорційна величині вхідної напруги. У цьому посібнику ми дізнаємося більше про цю чорну скриньку та про те, як її використовувати в наших проектах.

Принцип роботи

Існує багато типів схем VCO, що використовуються в різних додатках, але їх можна загалом класифікувати на два типи на основі вихідної напруги.

Гармонічні осцилятори: якщо вихідна форма осцилятора є синусоїдальною, тоді вона називається гармонійним генератором. Схеми RC, LC та схеми резервуара належать до цієї категорії. Такі типи осциляторів важче реалізувати, але вони мають кращу стабільність, ніж релаксаційні осцилятори. Гармонічні генератори також називають осциляторами, керованими лінійною напругою.

Релаксаційний осцилятор: Якщо вихідна форма осцилятора має пилкоподібну або трикутну форму, то генератор називається релаксаційним генератором. Вони порівняно прості у впровадженні і, отже, найбільш широко використовуються. Релаксаційний осцилятор можна додатково класифікувати як

• Осцилятор, керований випромінювачем напруги
• Заземлений конденсатор, керований напругою генератор
• Осцилятор з керованою напругою на основі затримки

Осцилятор, керований напругою - практичне застосування

Як вже згадувалося раніше, VCO можна просто побудувати за допомогою пари RC або LC, але в реальному застосуванні цього насправді ніхто не робить. Існує деяка виділена ІС, яка має здатність генерувати коливання на основі вхідної напруги. Однією з таких часто використовуваних мікросхем є LM566 від національного напівпровідника.

Ця ІС здатна генерувати як трикутну, так і квадратну хвилю, і номінальну частоту цієї хвилі можна встановити за допомогою зовнішнього конденсатора та резистора. Пізніше цю частоту можна також змінювати в режимі реального часу на основі вхідної напруги, що подається на неї.

Схема контактів мікросхеми LM566 показана нижче

ІС може працювати як від одного джерела живлення, так і від подвійного рейки живлення з робочою напругою до 24 В. Висновки 3 і 4 є вихідними висновками, що дає нам квадратну хвилю і хвилю трикутника відповідно. Номінальну частоту можна встановити, підключивши правильне значення конденсатора та резистора до висновків 7 і 6.

У формулах для обчислення значення R і C, заснованих на вихідний частоті (Fo) задаються формули

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

Де, Vss - напруга живлення (тут 12 В), а Vc - керуюча напруга, що подається на контакт 5, на основі величини якого регулюється вихідна частота. (Тут ми сформували дільник потенціалу, використовуючи резистор 1,5k та 10k для подачі постійної напруги на контакт 5). Зразок електричної схеми для LM566 показаний нижче

У практичному застосуванні резистори 1,5k і 10k можна ігнорувати, а керуюча напруга може подаватися безпосередньо на контакт 5. Ви також можете змінити значення Ro і Co, виходячи з необхідного діапазону вихідної частоти. Також зверніться до таблиці, щоб перевірити, наскільки лінійна вихідна частота змінюється щодо вхідної напруги управління. Значення вихідної частоти регулюється за допомогою керуючої напруги (на виводі 5) зі співвідношенням 10: 1, що допомагає нам забезпечувати широкий діапазон управління.

Застосування генераторів, керованих напругою (VCO)

• Введення частотного зсуву
• Ідентифікатори частоти
• Розпізнавачі тону клавіатури
• Генератори годин / сигналів / функцій
• Використовується для побудови фазових блокованих петель.

Генератор, керований напругою, є основним функціональним блоком у системі фазового блокування. Тож давайте розберемося також із фазовою петлею, чому це важливо та що VCO робить усередині фазової петлі.

Що таке фазова блокована петля (PLL)?

Фазова блокована петля, яка також називається PPL, є системою управління, в основному складається з трьох важливих блоків. Це детектор фаз, фільтр низьких частот та осцилятор, керований напругою. Разом ці три утворюють систему управління, яка постійно регулює частоту вихідного сигналу на основі частоти вхідного сигналу. Блок-схема ФАПЧ наведена нижче

Система PLL використовується в застосуванні, де висока стабільна частота (f _OUT) повинна отримуватися з сигналу нестабільної частоти (f _IN). Основною функцією схеми ФАПЧ є створення вихідного сигналу з однаковою частотою вхідного сигналу. Це дуже важливо в бездротових додатках, таких як маршрутизатори, радіочастотні системи передачі, мобільні мережі тощо.

Фазовий детектор порівнює вхідну частоту (f _IN) з вихідною частотою (f _OUT), використовуючи наданий шлях зворотного зв'язку. Різниця між цими двома сигналами порівнюється і дається у вигляді значення напруги, і називається сигналом напруги помилки. Цей сигнал напруги також матиме в поєднанні деякий високочастотний шум, який можна відфільтрувати за допомогою фільтра низьких частот. Тоді цей сигнал напруги подається до ГУН, який, як ми вже знаємо, змінює вихідну частоту на основі поданого сигналу напруги (керуючої напруги).

PLL - практичне застосування

Однією із часто використовуваних мікросхем реалізації PLL є LM567. Це IC-декодер тону, тобто він прослуховує певний настроєний користувачем тип тону на контакті 3, якщо цей сигнал отриманий, він підключає вихід (контакт 8) до землі. Отже, в основному прослуховує весь доступний на частоті звук і продовжує порівнювати частоту цих звукових сигналів із заданою частотою за допомогою техніки PLL. Коли частоти збігаються з вихідним штифтом, він стає низьким. Штифт мікросхеми LM567 показаний нижче, схема дуже сприйнятлива до шуму, тому не дивуйтеся, якщо ви не можете змусити цю мікросхему працювати на макетній панелі.

Як показано на висновку, мікросхема складається з схеми детектора фаз I і Q всередині неї. Цей фазовий детектор перевіряє різницю між заданою частотою та вхідним частотним сигналом. Зовнішні компоненти використовуються для встановлення значення цієї заданої частоти. Мікросхема також складається з схеми фільтра, яка буде фільтрувати нестабільний перемикаючий шум, але для цього потрібен зовнішній конденсатор, підключений до виводу 1. ^Другий вивід використовується для встановлення пропускної здатності мікросхеми, чим вище ємність, тим нижчою буде пропускна здатність. Виводи 5 і 6 використовуються для встановлення значення заданої частоти. Це значення частоти можна обчислити, використовуючи наведені нижче формули

Основна схема мікросхеми LM567 показана нижче.

Вхідний сигнал, частоту якого слід порівнювати, подається на висновок 3 через фільтруючий конденсатор величиною 0,01 мкФ. Ця частота порівнюється із встановленою частотою. Частота встановлюється за допомогою резистора 2,4k (R1) та конденсатора 0,0033 (C1), ці значення можна обчислити відповідно до заданої частоти за допомогою обговорених вище формул.

Коли вхідна частота відповідає заданій частоті, вихідний штифт (висновок 8) буде заземлений. Якщо інакше цей штифт залишиться високим. Тут ми використовували резистор (R _L) як навантаження, але зазвичай це буде світлодіод або звуковий сигнал, як вимагає конструкція. Таким чином, LM567 використовує здатність VCO порівнювати частоти, що дуже корисно у програмах, що стосуються аудіо / бездротового зв'язку.

Сподіваюся, ви зараз добре зрозуміли VCO, якщо у вас є якісь сумніви, опублікуйте їх у розділі коментарів або скористайтеся форумами.

Також перевірте:

• RC осцилятор фазового зсуву
• Мостовий генератор Вайна
• Кварцовий кристалічний генератор