- Principio di funzionamento di
- Oscillatore controllato in tensione - Applicazione pratica
- Applicazioni degli oscillatori controllati in tensione (VCO)
- Che cos'è un PLL (Phase Locked Loop)?
- PLL - Applicazione pratica
La maggior parte dei dispositivi elettronici di consumo intorno a noi come telefoni cellulari, TV, radio, lettori Mp3 ecc. Sono una combinazione di elettronica digitale e analogica. Ovunque ci sia trasmissione / ricezione wireless o segnali audio siano coinvolti in un progetto elettronico, avremo bisogno di segnali elettronici oscillanti periodici, questi segnali sono chiamati segnali oscillanti e sono molto utili nella trasmissione wireless o per eseguire operazioni relative alla temporizzazione.
Un oscillatore in elettronica si riferisce generalmente a un circuito in grado di produrre forme d'onda. Questa forma d'onda può essere sinusoidale, triangolare o anche a dente di sega. Alcuni dei circuiti dell'oscillatore più comuni sono il circuito LC, il circuito del serbatoio, ecc. Un oscillatore controllato in tensioneè un oscillatore che produce segnali oscillanti (forme d'onda) con frequenza variabile. La frequenza di questa forma d'onda viene variata variando l'ampiezza della tensione di ingresso. Per ora puoi immaginare un oscillatore controllato in tensione (VCO) come una scatola nera che riceve una tensione di grandezza variabile e produce un segnale di uscita di frequenza variabile, e la frequenza del segnale di uscita è direttamente proporzionale all'ampiezza della tensione di ingresso. Impareremo di più su questa scatola nera e su come usarne una nei nostri progetti in questo tutorial.
Principio di funzionamento di
Esistono molti tipi di circuiti VCO utilizzati in diverse applicazioni, ma possono essere ampiamente classificati in due tipi in base alla loro tensione di uscita.
Oscillatori armonici: se la forma d'onda di uscita dell'oscillatore è sinusoidale, viene chiamata Oscillatori armonici. I circuiti RC, LC e Tank rientrano in questa categoria. Questi tipi di oscillatori sono più difficili da implementare ma hanno una migliore stabilità rispetto all'oscillatore di rilassamento. Gli oscillatori armonici sono anche chiamati oscillatori lineari controllati in tensione.
Oscillatore di rilassamento: se la forma d'onda di uscita dell'oscillatore è a dente di sega o triangolare, l'oscillatore viene chiamato oscillatore di rilassamento. Questi sono relativamente facili da implementare e quindi i più utilizzati. L'oscillatore di rilassamento può essere ulteriormente classificato come
- Oscillatore controllato in tensione ad accoppiamento di emettitore
- Condensatore con messa a terra Oscillatore controllato in tensione
- Oscillatore controllato in tensione ad anello basato sul ritardo
Oscillatore controllato in tensione - Applicazione pratica
Come accennato in precedenza, il VCO può essere semplicemente costruito utilizzando la coppia RC o LC, ma nelle applicazioni del mondo reale nessuno lo fa davvero. C'è un circuito integrato dedicato che ha la capacità di generare oscillazioni in base alla tensione di ingresso. Uno di questi circuiti integrati comunemente usati è l'LM566 di National Semiconductor.
Questo circuito integrato è in grado di generare onde triangolari e quadre e la frequenza nominale di questa onda può essere impostata utilizzando un condensatore esterno e un resistore. Successivamente tale frequenza potrà essere variata anche in tempo reale in base alla tensione di ingresso ad essa fornita.
Di seguito è mostrato il diagramma dei pin dell'IC LM566
L'IC può essere azionato da una singola alimentazione o da una doppia barra di alimentazione con una tensione di esercizio fino a 24V. I pin 3 e 4 sono i pin di uscita che ci danno rispettivamente l'onda quadra e l'onda triangolare. La frequenza nominale può essere impostata collegando il giusto valore di Condensatore e Resistenza ai pin 7 e 6.
Le formule per calcolare il valore di R e C in base alla frequenza di uscita (Fo) sono date dalle formule
Fo = 2.4 (Vss - Vc) / Ro + Co + Vss
Dove, Vss è la tensione di alimentazione (qui 12V) e Vc è la tensione di controllo applicata al pin 5 in base alla cui grandezza viene controllata la frequenza di uscita. (Qui abbiamo formato un divisore di potenziale utilizzando 1.5k e 10k Resistore per fornire una tensione costante al pin 5). Di seguito è mostrato uno schema circuitale di esempio per LM566
Nelle applicazioni pratiche i resistori 1.5k e 10k possono essere ignorati e la tensione di controllo può essere fornita direttamente al pin 5. È inoltre possibile modificare il valore di Ro e Co in base all'intervallo di frequenza di uscita richiesto. Fare riferimento anche alla scheda tecnica per verificare quanto sia lineare la frequenza di uscita rispetto alla tensione di controllo in ingresso. Il valore della frequenza di uscita è regolabile utilizzando la tensione di controllo (sul pin 5) con un rapporto di 10: 1, che ci aiuta a fornire un'ampia gamma di controllo.
Applicazioni degli oscillatori controllati in tensione (VCO)
- Key Shift di frequenza
- Identificatori di frequenza
- Riconoscitori dei toni della tastiera
- Generatori di orologio / segnale / funzione
- Utilizzato per costruire loop bloccati in fase.
L'oscillatore controllato in tensione è il blocco funzione principale in un sistema Phase Locked Loop. Cerchiamo quindi di capire anche la Phase Locked Loop, perché è importante e ciò che un VCO fa all'interno di un Phase Locked Loop.
Che cos'è un PLL (Phase Locked Loop)?
Phase Locked Loop, noto anche come PPL, è un sistema di controllo costituito principalmente da tre blocchi importanti. Sono rilevatore di fase, filtro passa basso e oscillatore controllato in tensione. Insieme, questi tre formano un sistema di controllo che regola costantemente la frequenza del segnale di uscita in base alla frequenza del segnale di ingresso. Lo schema a blocchi di un PLL è mostrato di seguito
Il sistema PLL viene utilizzato in applicazioni in cui è necessario ottenere un'alta frequenza stabile (f OUT) da un segnale di frequenza instabile (f IN). La funzione principale di un circuito PLL è produrre il segnale di uscita con la stessa frequenza del segnale di ingresso. Questo è molto importante nelle applicazioni wireless come router, sistemi di trasmissione RF, reti mobili ecc.
Il rilevatore di fase confronta la frequenza di ingresso (f IN) con la frequenza di uscita (f OUT) utilizzando il percorso di feedback fornito. La differenza tra questi due segnali viene confrontata e data in termini di un valore di tensione e viene indicata come segnale di tensione di errore. Questo segnale di tensione avrà anche del rumore ad alta frequenza accoppiato con esso, che può essere filtrato utilizzando un filtro passa basso. Quindi questo segnale di tensione viene fornito a un VCO che come già sappiamo varia la frequenza di uscita in base al segnale di tensione (tensione di controllo) fornito.
PLL - Applicazione pratica
Uno degli IC dell'attrezzo PLL comunemente usati è l' LM567. È un IC decodificatore di toni, il che significa che ascolta un particolare tipo di tono configurato dall'utente sul pin 3 se quel tono viene ricevuto collega l'uscita (pin 8) a massa. Quindi fondamentalmente ascolta tutto il suono disponibile nella frequenza e continua a confrontare la frequenza di quei segnali sonori con una frequenza preimpostata utilizzando la tecnica PLL. Quando le frequenze corrispondono al pin di uscita, diventa basso. Il pin dell'IC LM567 è mostrato di seguito, il circuito è altamente suscettibile al rumore, quindi non sorprenderti se non riesci a far funzionare questo IC su una breadboard.
Come mostrato nel pin out, l'IC è costituito da un circuito rilevatore di fase I e Q al suo interno. Questi rilevatori di fase controllano la differenza tra la frequenza impostata e il segnale di frequenza in ingresso. I componenti esterni vengono utilizzati per impostare il valore di questa frequenza impostata. L'IC è costituito anche da un circuito Filter che filtrerà il rumore di commutazione irregolare, ma richiede un condensatore esterno collegato al pin 1. Il 2 ° pin è utilizzato per impostare la larghezza di banda dell'IC, maggiore è la capacità minore sarà la larghezza di banda. I pin 5 e 6 vengono utilizzati per impostare il valore della frequenza impostata. Questo valore di frequenza può essere calcolato utilizzando le seguenti formule
Di seguito è mostrato il circuito di base per l'IC LM567.
Il Segnale di Ingresso di cui si vuole confrontare la frequenza è dato al pin 3 tramite un condensatore di filtraggio di valore 0.01uF. Questa frequenza viene confrontata con la frequenza impostata. La frequenza viene impostata utilizzando il resistore 2.4k (R1) e il condensatore 0.0033 (C1), questi valori possono essere calcolati in base alla frequenza impostata utilizzando le formule sopra discusse.
Quando la frequenza di ingresso corrisponde alla frequenza impostata, il pin di uscita (pin 8) verrà messo a terra. In caso contrario, questo pin rimarrà alto. Qui abbiamo usato un resistore (R L) come carico, ma normalmente sarà un Led, o un buzzer come richiesto dal progetto. Pertanto l' LM567 utilizza la capacità del VCO di confrontare le frequenze, il che è molto utile nelle applicazioni relative all'audio / wireless.
Spero che tu abbia una buona idea dei VCO ora, se hai qualche dubbio pubblicali nella sezione commenti o usa i forum.
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