Mạch dao động VCO : Hầu hết các thiết bị điện tử tiêu dùng xung quanh chúng ta như Điện thoại di động, TV, Radio, Máy nghe nhạc Mp3, v.v. là sự kết hợp của Điện tử Kỹ thuật số và Tương tự. Bất cứ nơi nào có truyền / nhận không dây hoặc các tín hiệu âm thanh được tham gia vào một thiết kế điện tử ở đó chúng ta sẽ cần các tín hiệu điện tử dao động tuần hoàn, các tín hiệu này được gọi là tín hiệu dao động và rất hữu ích trong việc truyền không dây hoặc để thực hiện các hoạt động liên quan đến thời gian.
Một dao động trong thiết bị điện tử thường dùng để chỉ một mạch có khả năng sản xuất ra các dạng sóng. Dạng sóng này có thể là dạng sin, tam giác hoặc thậm chí là dạng răng cưa. Một số mạch dao động phổ biến nhất là mạch LC, mạch Tank, v.v. Mạch dao động VCO là một bộ dao động tạo ra tín hiệu dao động (dạng sóng) với tần số thay đổi. Tần số của dạng sóng này thay đổi bằng cách thay đổi độ lớn của điện áp đầu vào. Bây giờ bạn có thể tưởng tượng Bộ dao động điều khiển bằng điện áp (VCO) là một hộp đen lấy Điện áp có cường độ thay đổi và tạo ra tín hiệu đầu ra có tần số thay đổi và tần số của tín hiệu đầu ra tỷ lệ thuận với cường độ của điện áp đầu vào . Chúng ta sẽ tìm hiểu thêm về hộp đen này và cách sử dụng hộp đen trong thiết kế của chúng tôi trong hướng dẫn này.
Nguyên lý làm việc Mạch dao động VCO
Có nhiều loại mạch VCO ; một cái rất cơ bản có thể được chế tạo bằng cách chỉ sử dụng một tụ điện, cuộn cảm và điện trở để tạo ra một mạch bình. Ngoài ra Op-Amps, Multivibrator, bóng bán dẫn , bộ định thời 555 cũng có thể được sử dụng để xây dựng các mạch dao động . Ngoài ra còn có các gói IC chuyên dụng như LM566 LM567, v.v. có thể hoạt động như VCO. Để hiểu ý tưởng cơ bản của VCO, chúng ta hãy xem xét một bộ dao động RC.
Trong dao động RC , tần số của sóng đầu ra phụ thuộc vào giá trị của tụ điện được sử dụng trong mạch, vì tần số được cho bởi công thức
Tần số (f) = 1/2 πRC
Do đó trong trường hợp này tần số dao động tỉ lệ nghịch với giá trị điện dung sử dụng trong mạch. Vì vậy, bây giờ để điều khiển tần số đầu ra và làm cho nó hoạt động như một VCO, chúng ta phải thay đổi điện dung của tụ điện dựa trên giá trị của điện áp đầu vào. Điều này có thể đạt được với sự trợ giúp của điốt biến dung. Các điốt này thay đổi giá trị của điện dung trên chúng dựa trên điện áp được đặt vào. Biểu đồ đầu ra mẫu của VCO được hiển thị bên dưới.
Giả sử điện áp điều khiển là Vc và tần số đầu ra là fo. Sau đó, trong điều kiện hoạt động bình thường, điện áp danh định được cung cấp cho VCO mà tần số danh định được tạo ra bởi VCO. Khi điện áp đầu vào (điện áp điều khiển) được tăng lên thì tần số đầu ra tăng và ngược lại cũng có thể.
Các loại Mạch dao động VCO
Có nhiều loại mạch VCO được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau, nhưng chúng có thể được phân loại rộng rãi thành hai loại dựa trên điện áp đầu ra của chúng.
Bộ tạo dao động sóng hài: Nếu dạng sóng đầu ra của bộ dao động là hình sin thì nó được gọi là bộ tạo dao động sóng hài. Các mạch RC, LC và mạch Tank thuộc loại này. Những loại dao động này khó thực hiện hơn nhưng chúng ổn định tốt hơn Dao động quét. Bộ dao động đa hài còn được gọi là bộ dao động điều khiển điện áp tuyến tính.
Bộ dao động quét: Nếu dạng sóng đầu ra của bộ dao động ở dạng răng cưa hoặc hình tam giác thì bộ dao động được gọi là Bộ dao động quét. Đây là những cách tương đối dễ thực hiện và do đó được sử dụng rộng rãi nhất. Bộ dao động thư giãn có thể được phân loại là
- Bộ tạo dao động điều khiển điện áp mạch logic ghép emitơ
- Bộ dao động điều khiển điện áp Tụ điện nối đất
- Bộ dao động điều khiển điện áp trễ vòng.
Mạch dao động VCO – Ứng dụng thực tế
Như đã đề cập trước đó, VCO có thể được xây dựng đơn giản bằng cách sử dụng cặp RC hoặc LC, nhưng trong ứng dụng thế giới thực không ai thực sự làm điều đó. Có một số IC chuyên dụng có khả năng tạo dao động dựa trên điện áp đầu vào. Một trong những vi mạch thường được sử dụng là LM566 từ chất bán dẫn quốc gia.
IC này có khả năng tạo ra cả sóng tam giác và sóng vuông và tần số danh định của sóng này có thể được thiết lập bằng cách sử dụng một bên ngoài, tụ điện và một điện trở. Sau đó, tần số này cũng có thể thay đổi theo thời gian thực dựa trên điện áp đầu vào được cung cấp cho nó.
Các sơ đồ pin của IC LM566 được hiển thị dưới đây
IC có thể được vận hành từ một nguồn cung cấp hoặc từ một đường ray cung cấp kép với điện áp hoạt động lên đến 24V. Các chân 3 và 4 là các chân đầu ra cho chúng ta sóng Vuông và sóng Tam giác. Tần số danh định có thể được thiết lập bằng cách kết nối đúng giá trị của Tụ điện và Điện trở vào chân 7 và 6.
Các công thức tính giá trị của R và C dựa trên tần số đầu ra (Fo) được đưa ra bởi các công thức
Fo = 2.4 (Vss - Vc) / Ro+Co+Vss
Ở đâu,
Vss là điện áp cung cấp (ở đây là 12V) và Vc là điện áp điều khiển cấp cho chân 5 dựa trên cường độ tần số đầu ra được điều khiển. (Ở đây chúng tôi đã hình thành một bộ chia điện thế sử dụng Điện trở 1,5k và 10k để cung cấp điện áp không đổi cho chân 5). Sơ đồ mạch mẫu cho LM566 được hiển thị bên dưới
Trong các ứng dụng thực tế, các Điện trở 1,5k và 10k có thể được bỏ qua và điện áp điều khiển có thể được cung cấp trực tiếp cho chân 5. Bạn cũng có thể thay đổi giá trị của Ro và Co dựa trên phạm vi tần số đầu ra yêu cầu của bạn. Cũng tham khảo biểu dữ liệu để kiểm tra tần số đầu ra thay đổi tuyến tính như thế nào đối với điện áp điều khiển đầu vào. Giá trị của tần số đầu ra có thể điều chỉnh bằng cách sử dụng Điện áp điều khiển (trên chân 5) với tỷ lệ 10: 1, giúp chúng tôi cung cấp phạm vi điều khiển rộng rãi.
Các ứng dụng của VCO
- Tần số chuyển keying
- Định danh tần số
- Bộ nhận dạng âm bàn phím
- Clock / tín hiệu / chức năng
- Được sử dụng để xây dựng các vòng bị khóa theo pha.
Bộ dao động điều khiển bằng điện áp là khối chức năng chính trong hệ thống Vòng lặp bị khóa pha. Vì vậy, chúng ta hãy cũng hiểu về Vòng lặp bị khóa theo pha , tại sao nó lại quan trọng và VCO làm gì bên trong Vòng bị khóa theo pha.
Vòng lặp bị khóa theo pha (PLL) là gì?
Phase Locked Loop còn được gọi là PPL, là một hệ thống điều khiển chủ yếu bao gồm ba khối quan trọng. Chúng là bộ dò pha, bộ lọc thông thấp và bộ tạo dao động điều khiển điện áp. Ba hệ thống này kết hợp với nhau tạo thành một hệ thống điều khiển liên tục điều chỉnh tần số của tín hiệu đầu ra dựa trên tần số của tín hiệu đầu vào. Sơ đồ khối của PLL được hiển thị bên dưới
Hệ thống PLL được sử dụng trong ứng dụng mà Tần số ổn định cao (f OUT ) phải thu được từ tín hiệu tần số không ổn định (f IN ). Chức năng chính của mạch PLL là tạo ra tín hiệu đầu ra có cùng tần số với tín hiệu đầu vào. Điều này rất quan trọng trong các ứng dụng không dây như Bộ định tuyến, hệ thống truyền RF, mạng Điện thoại di động, v.v.
Bộ dò pha so sánh tần số đầu vào (f IN ) với tần số đầu ra (f OUT ) bằng cách sử dụng đường phản hồi được cung cấp. Sự khác biệt trong hai tín hiệu này được so sánh và đưa ra dưới dạng giá trị điện áp, và được gọi là tín hiệu điện áp Lỗi. Tín hiệu điện áp này cũng sẽ có một số nhiễu tần số cao cùng với nó, có thể được lọc bằng cách sử dụng bộ lọc thông thấp. Sau đó, tín hiệu điện áp này được cung cấp cho một VCO mà như chúng ta đã biết thay đổi tần số đầu ra dựa trên tín hiệu điện áp (điện áp điều khiển) được cung cấp.
PLL – Ứng dụng thực tế
Một trong những IC triển khai PLL thường được sử dụng là LM567 . Nó là một IC giải mã âm báo, có nghĩa là nó lắng nghe một loại âm báo do người dùng định cấu hình cụ thể trên chân 3 nếu âm đó được nhận, nó sẽ kết nối đầu ra (chân 8) với mặt đất. Vì vậy, về cơ bản để nghe tất cả âm thanh có sẵn trong tần số và tiếp tục so sánh tần số của những tín hiệu âm thanh đó với một tần số đặt trước bằng kỹ thuật PLL. Khi tần số khớp với chân đầu ra, nó sẽ ở mức thấp. Chân của IC LM567 được hiển thị bên dưới, mạch rất dễ bị nhiễu vì vậy đừng ngạc nhiên nếu bạn không thể làm cho IC này hoạt động trên breadboard.
Như được hiển thị trong chân ra, IC bao gồm một mạch dò pha I và Q bên trong nó. Bộ dò pha này kiểm tra sự khác biệt giữa tần số đặt và tín hiệu tần số đến. Các thành phần bên ngoài được sử dụng để đặt giá trị của tần số đặt này. IC cũng bao gồm một mạch Lọc sẽ lọc nhiễu chuyển đổi thất thường, nhưng nó yêu cầu một tụ điện bên ngoài kết nối với chân 1. Chân thứ 2 được sử dụng để thiết lập băng thông của IC, điện dung cao hơn sẽ thấp hơn sẽ là băng thông. Các chân 5 và 6 được sử dụng để đặt giá trị của tần số đặt. Giá trị tần suất này có thể được tính bằng cách sử dụng các công thức dưới đây
Mạch cơ bản cho IC LM567 được hiển thị bên dưới.
Tín hiệu đầu vào có tần số phải được so sánh được cấp cho chân 3 thông qua tụ lọc có giá trị 0,01uF. Tần số này được so sánh với tần số đặt. Tần số được đặt bằng Điện trở 2,4k (R1) và Tụ điện 0,0033 (C1), các giá trị này có thể được tính theo tần số đã đặt của bạn bằng cách sử dụng các công thức đã thảo luận ở trên.
Khi tần số đầu vào khớp với tần số đặt, chân đầu ra (chân 8) sẽ được nối đất. Nếu không thì chốt này sẽ vẫn ở mức cao. Ở đây chúng ta đã sử dụng Điện trở (R L ) làm tải, nhưng thông thường nó sẽ là Led, hoặc còi theo yêu cầu của thiết kế. Do đó, LM567 sử dụng khả năng VCO để so sánh tần số , rất hữu ích trong các ứng dụng liên quan đến âm thanh / không dây.