Ταλαντωτής ελεγχόμενης τάσης (vco)

Οι περισσότερες από τις ηλεκτρονικές συσκευές καταναλωτών γύρω μας όπως τα κινητά τηλέφωνα, η τηλεόραση, το ραδιόφωνο, οι συσκευές αναπαραγωγής Mp3 κ.λπ. είναι ένας συνδυασμός ψηφιακών και αναλογικών ηλεκτρονικών. Όπου υπάρχει ασύρματη μετάδοση / λήψη ή ηχητικά σήματα εμπλέκονται σε έναν ηλεκτρονικό σχεδιασμό εκεί, θα χρειαζόμαστε περιοδικά ταλαντωμένα ηλεκτρονικά σήματα, τα σήματα αυτά ονομάζονται ως ταλαντωτικά σήματα και είναι πολύ χρήσιμα στην ασύρματη μετάδοση ή για την εκτέλεση λειτουργιών σχετικών με το χρονισμό.

Ένας ταλαντωτής στα ηλεκτρονικά αναφέρεται γενικά σε ένα κύκλωμα το οποίο είναι ικανό να παράγει κυματομορφές. Αυτή η κυματομορφή μπορεί να είναι τύπου Sine, τριγώνου ή ακόμη και τύπου δοντιού πριονιού. Μερικά από τα πιο συνηθισμένα κυκλώματα ταλαντωτών είναι κύκλωμα LC, κύκλωμα δεξαμενής κ.λπ. Ένας ταλαντωτής ελεγχόμενης τάσηςείναι ένας ταλαντωτής που παράγει ταλαντωμένα σήματα (κυματομορφές) με μεταβλητή συχνότητα. Η συχνότητα αυτής της κυματομορφής ποικίλλει μεταβάλλοντας το μέγεθος της τάσης εισόδου. Προς το παρόν μπορείτε να φανταστείτε ότι ένας ταλαντωτής ελεγχόμενης τάσης (VCO) είναι ένα μαύρο κουτί που λαμβάνει τάση μεταβλητού μεγέθους και παράγει σήμα εξόδου μεταβλητής συχνότητας και η συχνότητα του σήματος εξόδου είναι ευθέως ανάλογη με το μέγεθος της τάσης εισόδου. Σε αυτό το σεμινάριο θα μάθουμε περισσότερα για αυτό το μαύρο κουτί και πώς να το χρησιμοποιήσουμε στα σχέδιά μας.

Αρχή εργασίας του

Υπάρχουν πολλοί τύποι κυκλωμάτων VCO που χρησιμοποιούνται σε διαφορετικές εφαρμογές, αλλά μπορούν γενικά να ταξινομηθούν σε δύο τύπους με βάση την τάση εξόδου τους.

Αρμονικοί ταλαντωτές: Εάν η κυματομορφή εξόδου του ταλαντωτή είναι ημιτονοειδής, τότε ονομάζεται αρμονικός ταλαντωτής. Τα κυκλώματα RC, LC και Tank ανήκουν σε αυτήν την κατηγορία. Αυτοί οι τύποι ταλαντωτών είναι πιο δύσκολο να εφαρμοστούν, αλλά έχουν καλύτερη σταθερότητα από τον Ταλαντωτή Χαλάρωσης. Οι αρμονικοί ταλαντωτές καλούνται επίσης ως ταλαντωτής ελεγχόμενης γραμμικής τάσης.

Ταλαντωτής χαλάρωσης: Εάν η κυματομορφή εξόδου του ταλαντωτή είναι σε πριονωτή ή τριγωνική μορφή, τότε ο ταλαντωτής ονομάζεται ταλαντωτής χαλάρωσης. Αυτά είναι σχετικά εύκολο να εφαρμοστούν και ως εκ τούτου χρησιμοποιούνται ευρέως. Ο ταλαντωτής χαλάρωσης μπορεί περαιτέρω να ταξινομηθεί ως

• Emitter Coupled Voltage ελεγχόμενο ταλαντωτή
• Γειωμένος πυκνωτής ελεγχόμενος ταλαντωτής τάσης
• Ταλαντωτής ελεγχόμενης τάσης δακτυλίου βάσει καθυστέρησης

Ταλαντωτής ελεγχόμενης τάσης - Πρακτική εφαρμογή

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, το VCO μπορεί απλά να κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας ζεύγος RC ή LC, αλλά στην πραγματική εφαρμογή κανείς δεν το κάνει πραγματικά. Υπάρχει κάποιο ειδικό IC που έχει τη δυνατότητα να δημιουργεί ταλαντώσεις με βάση την τάση εισόδου. Ένα τέτοιο IC που χρησιμοποιείται συνήθως είναι το LM566 από τον εθνικό ημιαγωγό.

Αυτό το IC είναι ικανό να παράγει τόσο τριγωνικό όσο και τετράγωνο κύμα και η ονομαστική συχνότητα αυτού του κύματος μπορεί να ρυθμιστεί χρησιμοποιώντας έναν εξωτερικό και πυκνωτή και μια αντίσταση. Αργότερα αυτή η συχνότητα μπορεί επίσης να μεταβληθεί σε πραγματικό χρόνο με βάση την τάση εισόδου που παρέχεται σε αυτήν.

Το διάγραμμα ακίδων του LM566 IC φαίνεται παρακάτω

Το IC μπορεί να λειτουργήσει είτε από μία τροφοδοσία είτε από διπλή ράγα τροφοδοσίας με τάση λειτουργίας έως 24V. Οι ακίδες 3 και 4 είναι οι ακίδες εξόδου που μας δίνουν το κύμα τετραγώνου και τριγώνου αντίστοιχα. Η ονομαστική συχνότητα μπορεί να ρυθμιστεί συνδέοντας τη σωστή τιμή του πυκνωτή και της αντίστασης στις ακίδες 7 και 6.

Οι τύποι για τον υπολογισμό της τιμής R και C με βάση τη συχνότητα εξόδου (Fo) δίδονται από τους τύπους

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

Οπου, Vss είναι η τάση τροφοδοσίας (εδώ 12V) και Vc είναι η τάση ελέγχου που εφαρμόζεται στον ακροδέκτη 5 με βάση το μέγεθος του οποίου ελέγχεται η συχνότητα εξόδου. (Εδώ έχουμε δημιουργήσει ένα δυνητικό διαχωριστικό χρησιμοποιώντας 1.5k και 10k Resistor για παροχή σταθερής τάσης στον ακροδέκτη 5). Ένα δείγμα κυκλώματος για το LM566 φαίνεται παρακάτω

Σε πρακτικές εφαρμογές, οι αντιστάσεις 1.5k και 10k μπορούν να αγνοηθούν και η τάση ελέγχου μπορεί να παρέχεται απευθείας στον ακροδέκτη 5. Μπορείτε επίσης να αλλάξετε την τιμή των Ro και Co με βάση το απαιτούμενο εύρος συχνότητας εξόδου. Ανατρέξτε επίσης στο φύλλο δεδομένων για να ελέγξετε πόσο γραμμική μεταβάλλεται η συχνότητα εξόδου σε σχέση με την τάση ελέγχου εισόδου. Η τιμή της συχνότητας εξόδου είναι ρυθμιζόμενη χρησιμοποιώντας την τάση ελέγχου (στον ακροδέκτη 5) με αναλογία 10: 1, η οποία μας βοηθά να παρέχουμε ένα ευρύ φάσμα ελέγχου.

Εφαρμογές ταλαντωτών ελεγχόμενης τάσης (VCO)

• Πληκτρολόγηση μετατόπισης συχνότητας
• Αναγνωριστικά συχνότητας
• Αναγνωριστικά τόνου πληκτρολογίου
• Γεννήτριες ρολογιού / σήματος / λειτουργίας
• Χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή Phase Locked Loops.

Ο ταλαντωτής ελεγχόμενης τάσης είναι το κύριο μπλοκ λειτουργίας σε ένα σύστημα Phase Locked Loop. Ας κατανοήσουμε λοιπόν επίσης το Phase Lock Loop, γιατί είναι σημαντικό και τι κάνει ένα VCO μέσα σε ένα Phase Locked Loop.

Τι είναι το Phase Locked Loop (PLL);

Το Phase Locked Loop αναφέρεται επίσης ως PPL, είναι ένα σύστημα ελέγχου ενώ αποτελείται κυρίως από τρία σημαντικά μπλοκ. Είναι ανιχνευτής φάσης, φίλτρο χαμηλής διέλευσης και ταλαντωτής ελεγχόμενης τάσης. Μαζί αυτά τα τρία σχηματίζουν ένα σύστημα ελέγχου που προσαρμόζει συνεχώς τη συχνότητα του σήματος εξόδου με βάση τη συχνότητα του σήματος εισόδου. Το διάγραμμα μπλοκ ενός PLL φαίνεται παρακάτω

Το σύστημα PLL χρησιμοποιείται σε εφαρμογή όπου πρέπει να ληφθεί υψηλή σταθερή συχνότητα (f _OUT) από ένα ασταθές σήμα συχνότητας (f _IN). Η κύρια λειτουργία ενός κυκλώματος PLL είναι να παράγει το σήμα εξόδου με την ίδια συχνότητα του σήματος εισόδου. Αυτό είναι πολύ σημαντικό σε ασύρματες εφαρμογές όπως δρομολογητές, συστήματα μετάδοσης RF, δίκτυα κινητών κ.λπ.

Ο ανιχνευτής φάσης συγκρίνει τη συχνότητα εισόδου (f _IN) με τη συχνότητα εξόδου (f _OUT) χρησιμοποιώντας την παρεχόμενη διαδρομή ανάδρασης. Η διαφορά σε αυτά τα δύο σήματα συγκρίνεται και δίνεται από την άποψη της τιμής τάσης και αναφέρεται ως σήμα τάσης σφάλματος. Αυτό το σήμα τάσης θα έχει επίσης κάποιο θόρυβο υψηλής συχνότητας σε συνδυασμό με αυτό, το οποίο μπορεί να φιλτραριστεί χρησιμοποιώντας ένα φίλτρο χαμηλής διέλευσης. Στη συνέχεια, αυτό το σήμα τάσης παρέχεται σε ένα VCO το οποίο, όπως ήδη γνωρίζουμε, μεταβάλλει τη συχνότητα εξόδου με βάση το παρεχόμενο σήμα τάσης (τάση ελέγχου).

PLL - Πρακτική εφαρμογή

Ένα από τα ευρέως χρησιμοποιούμενα IC PLL είναι το LM567. Πρόκειται για ένα IC αποκωδικοποιητή τόνου, που σημαίνει ότι ακούει έναν συγκεκριμένο τόνο που έχει ρυθμιστεί από τον χρήστη στον ακροδέκτη 3 εάν αυτός ο τόνος λαμβάνεται συνδέει την έξοδο (ακίδα 8) με τη γείωση. Βασικά λοιπόν, ακούει όλο τον διαθέσιμο ήχο στη συχνότητα και συνεχίζει να συγκρίνει τη συχνότητα αυτών των ηχητικών σημάτων με μια προκαθορισμένη συχνότητα χρησιμοποιώντας την τεχνική PLL. Όταν οι συχνότητες ταιριάζουν με τον πείρο εξόδου, έγινε χαμηλή. Ο πείρος του LM567 IC φαίνεται παρακάτω, το κύκλωμα είναι πολύ ευαίσθητο στον θόρυβο, οπότε μην εκπλαγείτε εάν δεν μπορείτε να κάνετε αυτό το IC να λειτουργήσει σε ένα breadboard.

Όπως φαίνεται στο pin out, το IC αποτελείται από ένα κύκλωμα ανιχνευτή φάσης I και Q στο εσωτερικό του. Αυτοί οι ανιχνευτές φάσης ελέγχουν τη διαφορά μεταξύ της καθορισμένης συχνότητας και του εισερχόμενου σήματος συχνότητας. Τα εξωτερικά στοιχεία χρησιμοποιούνται για τον καθορισμό της τιμής αυτής της συχνότητας. Το IC αποτελείται επίσης από ένα κύκλωμα φίλτρου που θα φιλτράρει τον ακανόνιστο θόρυβο μεταγωγής, αλλά απαιτεί έναν εξωτερικό πυκνωτή συνδεδεμένο στον πείρο 1. Ο ^2ος πείρος χρησιμοποιείται για να ρυθμίσει το εύρος ζώνης του IC, όσο υψηλότερη είναι η χαμηλότερη χωρητικότητα θα είναι το εύρος ζώνης. Οι ακίδες 5 και 6 χρησιμοποιούνται για να ορίσουν την τιμή της καθορισμένης συχνότητας. Αυτή η τιμή συχνότητας μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τους παρακάτω τύπους

Το βασικό κύκλωμα για το LM567 IC φαίνεται παρακάτω.

Το σήμα εισόδου του οποίου η συχνότητα πρέπει να συγκριθεί δίνεται στον ακροδέκτη 3 μέσω ενός πυκνωτή φιλτραρίσματος αξίας 0,01uF. Αυτή η συχνότητα συγκρίνεται με την καθορισμένη συχνότητα. Η συχνότητα ορίζεται χρησιμοποιώντας την αντίσταση 2.4k (R1) και τον πυκνωτή 0,0033 (C1), αυτές οι τιμές μπορούν να υπολογιστούν σύμφωνα με τη συχνότητα που έχετε ορίσει χρησιμοποιώντας τους παραπάνω αναφερόμενους τύπους.

Όταν η συχνότητα εισόδου ταιριάζει με τη ρυθμισμένη συχνότητα, ο πείρος εξόδου (ακίδα 8) θα γειωθεί. Εάν διαφορετικά, αυτός ο πείρος θα παραμείνει ψηλός. Εδώ έχουμε χρησιμοποιήσει μια αντίσταση (R _L) ως φορτίο, αλλά κανονικά θα είναι Led, ή βομβητής όπως απαιτείται από το σχέδιο. Έτσι, το LM567 χρησιμοποιεί τη δυνατότητα του VCO να συγκρίνει συχνότητες που είναι πολύ χρήσιμες σε εφαρμογές που σχετίζονται με τον ήχο / ασύρματο.

Ελπίζω να έχετε μια καλή ιδέα για τα VCO τώρα, αν έχετε αμφιβολία τα δημοσιεύσετε στην ενότητα σχολίων ή χρησιμοποιήστε τα φόρουμ.

Ελέγξτε επίσης:

• RC Phase Shift Ταλαντωτής
• Ταλαντωτής Wein Bridge
• Ταλαντωτής κρυστάλλου χαλαζία