电压控制振荡器(VCO)

一些无线应用需要可调谐类型的振荡器,输出频率是输入的函数。最常见的是电压信号用作控制输入以改变输出频率。这些类型的振荡器称为电压控制的振荡器或简单的VCO。

最常见的是它们用于脉冲调制器(AM),频率调制器(FM)和锁相环。通过控制谐振电路RLC的电压相关电容来改变频率。让我们讨论这一概念。

VCO中的频率控制

VCO采用多种形式,它可以是某种类型的LC或晶体振荡器,或者它可以是某种类型的RC振荡器或多谐振荡器。下图说明了VCO的基本操作。

对于RC型振荡器,振荡的频率与电容(F = 1 /(2πRC)成反比,并且对于LC振荡器振荡频率是1 /(2π√LC)。因此,随着反向或控制电压的增加,电容减小。因此,控制电压的增加增加了振荡的频率,反之亦然。

VCO中的频率控制

在上图中,在标称控制电压Vc处以其正常或自由运行频率运行的振荡器。频率随着标称值高于标称值的控制电压的增加,并且频率降低随着标称电压以下的Vc减小。

为了实现该变量电压,可变电容二极管,使用变容仪,其在不同的电容范围内可用。与电压控制电流源的帮助改变电容器的充电率的替代方法是用于低频振荡器。

电压控制振荡器的类型

根据波形的类型,产生的电压控制振荡器被分为两组,即谐振子和弛豫振荡器。

谐波振荡器

谐波或线性电压控制振荡器产生正弦输出波形。晶体和LC振荡器是这种VCO的示例。在该VCO中,二极管两端的电压会改变变容二极管的电容。因此,变容仪改变LC电路的电容,从而频率变化。

对于电源,与弛豫振荡器相比,这些振荡器的电源,温度和噪声频率稳定性要好得多。但是这种振荡器的缺点是它不能在整体IC上轻松实现。

放松振荡器

这些VCO用于生成三角形或锯齿波形。这些可以在单片IC上轻松实现,可以在各种频率上进行可调。这些振荡器再次分为发射器耦合VCO,接地电容VCO和延迟的环VCO。

VCO最常见的使用是两种形式,即VCO作为一个值得的多谐振荡器和VCO作为施密特触发器。

在异形多抗器VCO的情况下,多谐振荡器两侧的电容充电电流与外部输入电压成比例。根据选择多振荡器频率范围的电容值。

方波是这种类型的振荡器的输出。该方案在运行中简单,较低昂贵,并且具有低电源电流的工作。

另一种常见形式的VCO是基本上用比较器,集成器,开关和施密特触发器构建的。定时电容器在VCO IC内的缓冲器上通过一个明确的电压范围充电。该充电电流与调制电压成比例。

一旦达到阈值水平,电容器就会停止充电并开始放电。因此,充电和放电的循环产生周期性输出,其不是方形类型的形式。

VCO工作原则

可以采用各种电路设计来实现使用不同电压控制电子元件的电压控制振荡器,如晶体管,变容二极管,OP-AMP等。下图显示了使用令人​​难度的多谐振荡器的简单电压控制振荡器。

在此,时间恒定电阻器R1和R2向外部控制线V.控制。C1和C2通过R1和R2排出的电压随V的变化而变化控制电压。因此,随着V的增加,放电速度增加控制

这种布置改变了晶体管基座必须爬出或下降的基极电压。因此,通过这些RC元件和晶体管的ON ON或OFF改变输出处的振荡的工作频率。

简单的电压控制振荡器使用Astable MultiVibrator

用于电压控制振荡器的其他形式的电路如下所示,其通过使用两个运算放大器来实现。它在输出处产生方波,其频率由控制电压确定。第一个OP-AMP用作集成商。

控制电压在输入端子处施加,并且由于分压器布置,控制电压的一半施加在第一OP-AMP的正端子处。而且,在负端子处,电压保持在相同的水平,以便将r1上的电压降保持在控制电压的一半。

当MOSFET接通时,来自电阻器R1的电流流过MOSFET。现在转换为电流信号的电压为电容器充电。因此,要采取此电流,第一个OP-AMP必须提供稳定上升的输出电压。

当MOSFET关闭时,电流从R1流动,因此放电电容器。因此,从第一个OP-AMP下降输出电压是必需的。因此,第一OP-AMP的输出是三角波形。

第二个OP-AMP用作Schmitt触发器,它接受三角波作为来自第一个OP-AMP的输入。当输入电压高于阈值水平时,它输出输出VCC,如果输入低于阈值水平,则输出变为零。因此,方波输出在输出处产生。

VCO工作原则

使用LM566的电压控制振荡器

LM566是一种电压控制振荡器IC单元,其内部电路构建,以产生由外部电容器和电阻的频率设定或调节的三角形和方波信号,然后具有DC电压。

下图显示了LM566 IC的框图,其中电流源充电并以电阻R1设置的速率将外部电容器放电,并且还控制DC输入电压。为了在充电和放电之间切换电容,使用Schmitt触发电路如图所示。

从施密特触发器和电容器两端的三角电压开发的方波电压作为通过缓冲放大器的输出提供。

566 IC的框图

阶段锁定环

压控振荡器是锁相环的重要构建块。相位时钟循环是许多数字和模拟应用中使用的模拟构建块。这些用于许多数字和通信系统中的时钟恢复,也用作电视和无线通信系统中的频率合成器,以选择各种频道。

PLL以这样的方式操作,即电压控制振荡器的频率和相位与第二参考信号同步。它是由电压控制振荡器,低通滤波器和相位检测器组成的电子电路,如图所示。它能够通过传入信号同步或锁定。

阶段锁定环

每当输入信号的频率改变时,相位比较器将输入的频率与振荡器输出信号的频率进行比较并产生相位差信号。

该输出在低通滤波器中过滤,并为滤波器输出产生v控制为了控制VCO的频率直到频率和相位差变为零。此时,PLL锁定或同步到输入频率。PLL主要用于频率合成和频率调制应用。

VCO的应用

  • 调度发电机
  • 功能发生器
  • 锁相环
  • 在合成器中为电子音乐的生产产生可变音调
  • 在通信设备中,这些用作频率合成器
  • 时钟发电机
  • 频移键控

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