Напоном контролисан осцилатор

Микроталасни (12-18 GHz) напоном контролисани осцилатор

Напоном контролисан осцилатор или VCO је осцилатор чија се фреквенција осциловања контролише улазним напоном. Фреквенција осциловања се диктира прикљученим DC напоном, док се и модулисани сигнали могу довести на VCO што доводи до фреквенцијске модулације (ФМ) или фазне модулације (ПМ).

Врсте

VCO се генерално може подијелити на двије групе по типу таласног облика који производи: 1) хармонијски осцилатори, и 2) релаксациони осцилатори.

Хармонијски осцилатори дају синусоидалан таласни облик. Састоје се од појачавача који има адекватно појачање и резонантног кола у повратној грани. Осцилације се јављају на резонантној фреквенцији. Неки примјери хармонијских осцилатора су осцилатори са кристалом и LC осцилатори. Када је дио капацитивности резонантног кола варикап диода, напон прикључен на диоду мијења фреквенцију.

Релаксациони осцилатори могу генерисати напон тестерастог или троугаоног облика. Они се најчешће користе у монолитним интегрисаним колима (IC). Они обезбедјују сирок спектар радних фреквенција користеци минималан број додатних компоненти. Релаксациони осцилатор VCO мозе се реализовати на три начина: 1) VCO са уземљеним кондензатором, 2) VCO са заједничким емитором и 3) VCO са прстеном базираном на кашњењу. Прва два типа слично функционишу. Вријеме сваког стања зависи од времена струје пуњења и пражњења кондензатора. На кашњењу базирани VCO ради мало другачије. Код овог типа, имамо прстенасто повезивање. Излазна фреквенција је сада функција од кашњења сваке фазе.

Хармонијски осцилатор, VCO, има одређене предности над релаксационим осцилатором:

• Стабилност фреквенције у зависности од температуре, шума и напајања је много боља код хармонијских VCO осцилатора.
• Мозе се прецизно контролисати фреквенција јер се контролисе помоцу кристала или кола за задрзавање.

Мана хармонијских ВЦО осцилатора је сто се теско имплементирају у монолитним колима (IC). Релаксациони осцилатори су боље прилагодјени за ову технологију. Релаксациони ВЦО су прилагодљиви на сирок спектар радних фреквенција.

Контролисање фреквенције код VCO

Шема напоном контролисаног осцилатора - аудио

Напонски контролисан кондензатор је један начин прављења LC осцилатора чија фреквенција зависи од напона напајања. Сваки инверзно поларисан pn спој (диода), показује зависност капацитета од напона и може се користити за промјену фреквенције осцилатора у зависности од напона прикљученог на диоду. Диоде са промјењивим капацитетом, варикап диоде омогућавају доста велике промјене капацитета. Такве компоненте су веома употребљиве за конструисање напонски контролисаних осцилатора Код нискофреквентних VCO, друге методе за промјену фреквенције (промјена пуњења кондензатора уз помоћ напонски контролисаног извора струје) се такође користе.

Фреквенција код прстенастих осцилатора се контролише мијењањем напона напајања или пуњења кондензатора.

VCO са кристалом

“VCO са кристалом (VCXO)” се користи када се оперативна фреквенција мора фино подесити. Фреквенција напонски контролисаног осцилатора са кристалом мозе се мијењати за само неколико десетина милионитих дјелова (ppm), јер високи Q фактор кристала дозвољава "развлачење" на веома мали спектар фреквенција.

Два су разлога за коришћење ВЦXО:

• Подешавање излазне фреквенције некој прецизно специфицираној вриједности.
• Тамо гдје осцилатор може изазвати радио-фреквентну интерференцију, додајући промјењиви напон на улазни.

VCXO са температурном компензацијом (TCVCXO) укључује компоненте које дјелимично отклањају зависност од температуре при фреквенцији резонанце кристала. Мањи опсег напона је тада довољан да стабилизује фреквенцију осцилатора на мјестима гдје (температура) варира, као што се топлота нагомилава унутар предајника.

VCO једначине у временском домену

$\ f_{tuning}(t)=K_{o}\cdot \ v_{in}(t)$

$\int f_{tuning}(t)\,dt=\theta _{out}(t)$

• $\ K_{o}$ се назива појацање. Јединица је хертз/волт.
• $\ f_{tuning}(t)$ симбол за временски домен.
• $\ \theta _{out}(t)$ фаза излазног сигнала
• $\ v_{in}(t)$ симбол у временском домену за улазни напон ВЦО.

VCO једначине у фреквенцијском домену

$\ F_{tuning}(s)=K_{o}\cdot \ V_{in}(s)$

$\ {F_{tuning}(s) \over s}=\Theta _{out}(s)$

Употреба

VCO се користи за:

• Генераторе функција,
• Продукцију електронске музике.

Види још

• Хармонијски осцилатори
• Армстронгов осцилатор

Спољашње везе

• Шеме
• VCO дизајн Архивирано на сајту Wayback Machine (19. август 2019)