Oscilador controlado por tensão (vco)

A maioria dos dispositivos eletrônicos de consumo ao nosso redor, como telefones celulares, TV, rádio, reprodutores de MP3, etc., são uma combinação de eletrônicos digitais e analógicos. Onde quer que haja transmissão / recepção sem fio ou sinais de áudio envolvidos em um projeto eletrônico, precisaremos de sinais eletrônicos oscilantes periódicos. Esses sinais são chamados de sinais oscilantes e são muito úteis na transmissão sem fio ou para realizar operações relacionadas ao tempo.

Um oscilador em eletrônica geralmente se refere a um circuito que é capaz de produzir formas de onda. Esta forma de onda pode ser do tipo Seno, triângulo ou mesmo dente de serra. Alguns dos circuitos osciladores mais comuns são circuito LC, circuito tanque, etc. Um oscilador controlado por tensãoé um oscilador que produz sinais oscilantes (formas de onda) com frequência variável. A frequência desta forma de onda é variada, variando a magnitude da tensão de entrada. Por enquanto, você pode imaginar um Oscilador Controlado por Voltagem (VCO) como uma caixa preta que recebe a voltagem de magnitude variável e produz um sinal de saída de frequência variável, e a frequência do sinal de saída é diretamente proporcional à magnitude da voltagem de entrada. Aprenderemos mais sobre esta caixa preta e como usá-la em nossos designs neste tutorial.

Princípio de funcionamento de

Existem muitos tipos de circuitos VCO usados ​​em diferentes aplicações, mas eles podem ser amplamente classificados em dois tipos com base em sua tensão de saída.

Osciladores harmônicos: Se a forma de onda de saída do oscilador for senoidal, ele é chamado de osciladores harmônicos. Os circuitos RC, LC e circuitos tanque se enquadram nesta categoria. Esses tipos de osciladores são mais difíceis de implementar, mas têm melhor estabilidade do que o Oscilador de relaxamento. Os osciladores harmônicos também são chamados de osciladores controlados por tensão linear.

Oscilador de relaxamento: se a forma de onda de saída do oscilador for dente de serra ou triangular, o oscilador é chamado de Oscilador de relaxamento. Eles são comparativamente fáceis de implementar e, portanto, mais amplamente usados. Oscilador de relaxamento pode ainda ser classificado como

• Oscilador controlado por tensão acoplada por emissor
• Oscilador controlado por tensão do capacitor aterrado
• Oscilador controlado por voltagem de anel baseado em retardo

Oscilador de tensão controlada - Aplicação prática

Como mencionado anteriormente, o VCO pode ser simplesmente construído usando o par RC ou LC, mas na aplicação do mundo real ninguém realmente faz isso. Há alguns CI dedicados que têm a capacidade de gerar oscilações com base na tensão de entrada. Um desses IC comumente usados ​​é o LM566 da National Semiconductor.

Este IC é capaz de gerar ondas triangulares e quadradas e a frequência nominal desta onda pode ser definida usando um capacitor externo e um resistor. Posteriormente, essa frequência também pode ser variada em tempo real com base na tensão de entrada fornecida a ela.

O diagrama de pinos do LM566 IC é mostrado abaixo

O IC pode ser operado a partir de uma única fonte ou de um trilho de alimentação duplo com uma tensão operacional de até 24 V. Os pinos 3 e 4 são os pinos de saída que nos fornecem a onda quadrada e a onda triangular, respectivamente. A frequência nominal pode ser definida conectando o valor correto do capacitor e do resistor aos pinos 7 e 6.

As fórmulas para calcular o valor de R e C com base na frequência de saída (Fo) são dadas pelas fórmulas

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

Onde, Vss é a tensão de alimentação (aqui 12 V) e Vc é a tensão de controle aplicada ao pino 5 com base em cuja magnitude a frequência de saída é controlada. (Aqui formamos um divisor de potencial usando resistores de 1,5k e 10k para fornecer uma tensão constante ao pino 5). Um diagrama de circuito de amostra para LM566 é mostrado abaixo

Em aplicações práticas, os resistores 1,5k e 10k podem ser ignorados e a tensão de controle pode ser fornecida diretamente ao pino 5. Você também pode alterar o valor de Ro e Co com base na faixa necessária de frequência de saída. Consulte também a folha de dados para verificar como a frequência de saída linear varia em relação à tensão de controle de entrada. O valor da frequência de saída é ajustável usando a tensão de controle (no pino 5) com uma relação de 10: 1, o que nos ajuda a fornecer uma ampla faixa de controle.

Aplicações de osciladores controlados por tensão (VCO)

• Chaveamento de mudança de freqüência
• Identificadores de frequência
• Reconhecedores de tom do teclado
• Geradores de relógio / sinal / função
• Usado para construir Loops com bloqueio de fase.

O oscilador controlado por tensão é o principal bloco de funções em um sistema de malha de bloqueio de fase. Portanto, vamos entender também sobre o Loop Phase Locked, porque ele é importante e o que um VCO faz dentro de um Loop Phase Locked.

O que é um Phase Locked Loop (PLL)?

O Phase Locked Loop, também conhecido como PPL, é um sistema de controle, mas consiste principalmente em três blocos importantes. Eles são detector de fase, filtro passa-baixa e oscilador controlado por tensão. Juntos, esses três formam um sistema de controle que ajusta constantemente a frequência do sinal de saída com base na frequência do sinal de entrada. O diagrama de blocos de um PLL é mostrado abaixo

O sistema PLL é usado em aplicações onde uma frequência estável alta (f _OUT) deve ser obtida de um sinal de frequência instável (f _IN). A principal função de um circuito PLL é produzir o sinal de saída com a mesma frequência do sinal de entrada. Isso é muito importante em aplicações sem fio como roteadores, sistemas de transmissão de RF, redes móveis, etc.

O detector de fase compara a frequência de entrada (f _IN) com a frequência de saída (f _OUT) usando o caminho de feedback fornecido. A diferença entre esses dois sinais é comparada e fornecida em termos de um valor de tensão e é chamada de Sinal de tensão de erro. Este sinal de tensão também terá algum ruído de alta frequência acoplado a ele, que pode ser filtrado usando um filtro passa-baixa. Então, este sinal de tensão é fornecido a um VCO que, como já sabemos, varia a frequência de saída com base no sinal de tensão (tensão de controle) fornecido.

PLL - Aplicação Prática

Um dos IC implementos PLL comumente usados ​​é o LM567. É um decodificador de tom IC, o que significa que escuta um determinado tipo de tom configurado pelo usuário no pino 3, se esse tom for recebido, ele conecta a saída (pino 8) ao aterramento. Então, basicamente para ouvir todo o som disponível na frequência e ficar comparando a frequência desses sinais sonoros com uma frequência predefinida usando a técnica PLL. Quando as frequências correspondem ao pino de saída, ele fica baixo. O pino do IC LM567 é mostrado abaixo, o circuito é altamente suscetível a ruídos, então não se surpreenda se você não conseguir fazer este IC funcionar em uma placa de ensaio.

Conforme mostrado na pinagem, o IC consiste em um circuito detector de fases I e Q dentro dele. Os detectores de fase verificam a diferença entre a frequência definida e o sinal de frequência de entrada. Os componentes externos são usados ​​para definir o valor desta frequência definida. O IC também consiste em um circuito de filtro que filtrará o ruído de comutação irregular, mas requer um capacitor externo conectado ao pino 1. O ^2º pino é usado para definir a largura de banda do IC, quanto maior a capacitância menor será a largura de banda. Os pinos 5 e 6 são usados ​​para definir o valor da frequência definida. Este valor de frequência pode ser calculado usando as fórmulas abaixo

O circuito básico para o LM567 IC é mostrado abaixo.

O sinal de entrada cuja frequência deve ser comparada é dado ao pino 3 por meio de um capacitor de filtragem de valor 0,01uF. Esta frequência é comparada com a frequência definida. A frequência é definida usando o resistor 2,4k (R1) e o capacitor 0,0033 (C1), esses valores podem ser calculados de acordo com a frequência definida usando as fórmulas discutidas acima.

Quando a frequência de entrada é compatível com a frequência definida, o pino de saída (pino 8) será aterrado. Caso contrário, este pino permanecerá alto. Aqui usamos um Resistor (R _L) como carga, mas normalmente será um Led ou buzzer conforme exigido pelo projeto. Assim, o LM567 usa a capacidade do VCO para comparar frequências, o que é muito útil em aplicações relacionadas a áudio / wireless.

Espero que você tenha uma boa ideia sobre os VCOs agora. Se tiver alguma dúvida, poste-os na seção de comentários ou use os fóruns.

Verifique também:

• Oscilador de mudança de fase RC
• Wein Bridge Oscillator
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