Oscillateur commandé en tension (VCO)

La plupart des appareils électroniques grand public autour de nous comme les téléphones mobiles, la télévision, la radio, les lecteurs MP3, etc. sont une combinaison d'électronique numérique et analogique. Partout où il y a une transmission / réception sans fil ou des signaux audio sont impliqués dans une conception électronique, nous aurons besoin de signaux électroniques oscillants périodiques, ces signaux sont appelés signaux oscillants et sont très utiles dans la transmission sans fil ou pour effectuer des opérations liées à la synchronisation.

Un oscillateur en électronique se réfère généralement à un circuit qui est capable de produire des formes d'onde. Cette forme d'onde peut être de type sinusoïdal, triangulaire ou même en dents de scie. Certains des circuits d'oscillateur les plus courants sont le circuit LC, le circuit de réservoir, etc. Un oscillateur commandé en tensionest un oscillateur qui produit des signaux oscillants (formes d'onde) à fréquence variable. La fréquence de cette forme d'onde varie en faisant varier l'amplitude de la tension d'entrée. Pour l'instant, vous pouvez imaginer un oscillateur contrôlé en tension (VCO) comme une boîte noire qui prend une tension d'amplitude variable et produit un signal de sortie de fréquence variable, et la fréquence du signal de sortie est directement proportionnelle à l'amplitude de la tension d'entrée. Nous en apprendrons plus sur cette boîte noire et comment en utiliser une dans nos conceptions dans ce didacticiel.

Principe de fonctionnement de

Il existe de nombreux types de circuits VCO utilisés dans différentes applications, mais ils peuvent être classés en deux types en fonction de leur tension de sortie.

Oscillateurs harmoniques: si la forme d'onde de sortie de l'oscillateur est sinusoïdale, elle est appelée oscillateurs harmoniques. Les circuits RC, LC et Tanks entrent dans cette catégorie. Ces types d'oscillateurs sont plus difficiles à mettre en œuvre mais ils offrent une meilleure stabilité que l'oscillateur à relaxation. Les oscillateurs harmoniques sont également appelés oscillateurs linéaires contrôlés en tension.

Oscillateur de relaxation: si la forme d'onde de sortie de l'oscillateur est en dents de scie ou triangulaire, l'oscillateur est appelé oscillateur de relaxation. Ceux-ci sont relativement faciles à mettre en œuvre et donc les plus largement utilisés. L'oscillateur de relaxation peut en outre être classé comme

• Oscillateur contrôlé par tension couplée à l'émetteur
• Oscillateur contrôlé en tension par condensateur mis à la terre
• Oscillateur contrôlé par tension en anneau basé sur le retard

Oscillateur commandé en tension - Application pratique

Comme mentionné précédemment, le VCO peut être simplement construit en utilisant une paire RC ou LC, mais dans une application du monde réel, personne ne le fait vraiment. Il existe un circuit intégré dédié qui a la capacité de générer des oscillations en fonction de la tension d'entrée. L'un de ces circuits intégrés couramment utilisés est le LM566 de semi-conducteur national.

Ce circuit intégré est capable de générer à la fois des ondes triangulaires et carrées et la fréquence nominale de cette onde peut être réglée en utilisant un condensateur externe et une résistance. Plus tard, cette fréquence peut également être modifiée en temps réel en fonction de la tension d'entrée qui lui est fournie.

Le schéma des broches du LM566 IC est illustré ci-dessous

Le circuit intégré peut fonctionner soit à partir d'une seule alimentation, soit à partir d'un rail d'alimentation double avec une tension de fonctionnement jusqu'à 24V. Les broches 3 et 4 sont les broches de sortie qui nous donnent respectivement l'onde carrée et l'onde triangulaire. La fréquence nominale peut être réglée en connectant la bonne valeur du condensateur et de la résistance aux broches 7 et 6.

Les formules pour calculer la valeur de R et C en fonction de la fréquence de sortie (Fo) sont données par les formules

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

Où, Vss est la tension d'alimentation (ici 12V) et Vc est la tension de commande appliquée à la broche 5 en fonction de l'amplitude de laquelle la fréquence de sortie est contrôlée. (Ici, nous avons formé un diviseur de potentiel en utilisant une résistance de 1,5 k et 10 k pour fournir une tension constante à la broche 5). Un exemple de schéma de circuit pour LM566 est illustré ci-dessous

Dans les applications pratiques, les résistances 1,5k et 10k peuvent être ignorées et la tension de commande peut être directement fournie à la broche 5. Vous pouvez également modifier la valeur de Ro et Co en fonction de la plage de fréquence de sortie requise. Consultez également la fiche technique pour vérifier la linéarité de la fréquence de sortie par rapport à la tension de commande d'entrée. La valeur de la fréquence de sortie est réglable à l'aide de la tension de contrôle (sur la broche 5) avec un rapport de 10: 1, ce qui nous aide à fournir une large plage de contrôle.

Applications des oscillateurs contrôlés en tension (VCO)

• Modulation par déplacement de fréquence
• Identificateurs de fréquence
• Reconnaissance de la tonalité du clavier
• Générateurs d'horloge / signal / fonction
• Utilisé pour créer des boucles à verrouillage de phase.

L'oscillateur commandé en tension est le bloc fonctionnel principal dans un système à boucle à verrouillage de phase. Comprenons donc également la boucle à verrouillage de phase, pourquoi elle est importante et ce que fait un VCO à l'intérieur d'une boucle à verrouillage de phase.

Qu'est-ce qu'une boucle à verrouillage de phase (PLL)?

La boucle à verrouillage de phase, également appelée PPL, est un système de contrôle qui se compose principalement de trois blocs importants. Il s'agit d'un détecteur de phase, d'un filtre passe-bas et d'un oscillateur contrôlé en tension. Ensemble, ces trois éléments forment un système de commande qui ajuste constamment la fréquence du signal de sortie en fonction de la fréquence du signal d'entrée. Le schéma de principe d'une PLL est illustré ci-dessous

Le système PLL est utilisé dans des applications où une fréquence élevée stable (f _OUT) doit être obtenue à partir d'un signal de fréquence instable (f _IN). La fonction principale d'un circuit PLL est de produire le signal de sortie avec la même fréquence que le signal d'entrée. Ceci est très important dans les applications sans fil comme les routeurs, les systèmes de transmission RF, les réseaux mobiles, etc.

Le détecteur de phase compare la fréquence d'entrée (f _IN) à la fréquence de sortie (f _OUT) en utilisant le chemin de retour fourni. La différence entre ces deux signaux est comparée et donnée en termes de valeur de tension, et est appelée signal de tension d'erreur. Ce signal de tension sera également associé à un bruit haute fréquence, qui peut être filtré en utilisant un filtre passe-bas. Ensuite, ce signal de tension est fourni à un VCO qui, comme nous le savons déjà, fait varier la fréquence de sortie en fonction du signal de tension (tension de commande) fourni.

PLL - Application pratique

L'un des CI d'implémentation PLL couramment utilisés est le LM567. Il s'agit d'un IC de décodeur de tonalité, ce qui signifie qu'il écoute un type de tonalité configuré par l'utilisateur particulier sur la broche 3 si cette tonalité est reçue, il connecte la sortie (broche 8) à la masse. Donc, essentiellement pour écouter tout le son disponible dans la fréquence et continue de comparer la fréquence de ces signaux sonores avec une fréquence prédéfinie en utilisant la technique PLL. Lorsque les fréquences correspondent à la broche de sortie, il devient faible. La broche du CI LM567 est illustrée ci-dessous, le circuit est très sensible au bruit alors ne soyez pas surpris si vous ne pouvez pas faire fonctionner ce CI sur une maquette.

Comme indiqué sur la broche, le circuit intégré se compose d'un circuit de détection de phase I et Q à l'intérieur. Ces détecteurs de phase vérifient la différence entre la fréquence réglée et le signal de fréquence entrant. Des composants externes sont utilisés pour définir la valeur de cette fréquence définie. L'IC se compose également d'un circuit de filtre qui filtrera le bruit de commutation erratique, mais il nécessite un condensateur externe connecté à la broche 1. La 2 ^ème broche est utilisée pour régler la bande passante du CI, plus la capacité sera inférieure la bande passante. Les broches 5 et 6 sont utilisées pour régler la valeur de la fréquence réglée. Cette valeur de fréquence peut être calculée en utilisant les formules ci-dessous

Le circuit de base du CI LM567 est illustré ci-dessous.

Le signal d'entrée dont la fréquence doit être comparée est donné à la broche 3 à travers un condensateur de filtrage de valeur 0,01 uF. Cette fréquence est comparée à la fréquence réglée. La fréquence est définie à l'aide de la résistance de 2,4 k (R1) et du condensateur de 0,0033 (C1), ces valeurs peuvent être calculées en fonction de votre fréquence définie en utilisant les formules décrites ci-dessus.

Lorsque la fréquence d'entrée correspond à la fréquence définie, la broche de sortie (broche 8) sera mise à la terre. Sinon, cette broche restera haute. Ici, nous avons utilisé une résistance (R _L) comme charge, mais normalement ce sera une LED, ou un buzzer comme requis par la conception. Ainsi, le LM567 utilise la capacité du VCO à comparer les fréquences, ce qui est très utile dans les applications audio / sans fil.

J'espère que vous avez une bonne idée des VCO maintenant, si vous avez le moindre doute, postez-les dans la section des commentaires ou utilisez les forums.

Vérifiez également:

• Oscillateur à décalage de phase RC
• Oscillateur Wein Bridge
• Oscillateur à cristal de quartz