مذبذب التحكم في الجهد (VCO)

معظم الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية من حولنا مثل الهواتف المحمولة والتلفزيون والراديو ومشغلات MP3 وغيرها هي مزيج من الإلكترونيات الرقمية والتناظرية. أينما كان هناك إرسال / استقبال لاسلكي أو يتم تضمين إشارات صوتية في تصميم إلكتروني هناك ، سنحتاج إلى إشارات إلكترونية متذبذبة دورية تسمى هذه الإشارات على أنها إشارات متذبذبة وهي مفيدة جدًا في الإرسال اللاسلكي أو لأداء العمليات المتعلقة بالتوقيت.

يشير المذبذب في الإلكترونيات عمومًا إلى دائرة قادرة على إنتاج أشكال موجية. يمكن أن يكون هذا الشكل الموجي إما من نوع الجيب أو المثلث أو حتى من نوع سن المنشار. بعض دوائر المذبذب الأكثر شيوعًا هي دائرة LC ودائرة الخزان وما إلى ذلك. مذبذب يتم التحكم فيه بالجهدهو مذبذب ينتج إشارات متذبذبة (أشكال موجية) بتردد متغير. يختلف تردد شكل الموجة هذا عن طريق تغيير حجم جهد الإدخال. في الوقت الحالي ، يمكنك أن تتخيل أن مذبذب التحكم في الجهد (VCO) هو صندوق أسود يأخذ جهدًا متغيرًا وينتج إشارة خرج بتردد متغير ، ويتناسب تردد إشارة الخرج بشكل مباشر مع حجم جهد الدخل. سنتعلم المزيد عن هذا الصندوق الأسود وكيفية استخدامه في تصميماتنا في هذا البرنامج التعليمي.

مبدأ العمل

هناك العديد من أنواع دوائر VCO المستخدمة في تطبيقات مختلفة ، ولكن يمكن تصنيفها على نطاق واسع إلى نوعين بناءً على جهد الخرج.

المذبذبات التوافقية: إذا كان الشكل الموجي الناتج للمذبذب جيبيًا ، فيُطلق عليه اسم المذبذبات التوافقية. تندرج دوائر RC و LC ودوائر الخزان ضمن هذه الفئة. يصعب تنفيذ هذه الأنواع من المذبذبات لكنها أفضل استقرارًا من مذبذب الاسترخاء. تسمى المذبذبات التوافقية أيضًا كمذبذب خطي يتم التحكم فيه عن طريق الجهد الكهربائي.

مذبذب الاسترخاء: إذا كان الشكل الموجي الناتج من المذبذب في شكل مسننة أو مثلث ، فإن المذبذب يسمى مذبذب الاسترخاء. هذه سهلة التنفيذ نسبيًا وبالتالي فهي الأكثر استخدامًا. يمكن تصنيف مذبذب الاسترخاء على أنه

• باعث مقترن الجهد مذبذب التحكم
• مؤرض مكثف الجهد التحكم مذبذب
• مذبذب التحكم في الجهد الكهربائي

مذبذب التحكم في الجهد - تطبيق عملي

كما ذكرنا سابقًا ، يمكن ببساطة إنشاء VCO باستخدام زوج RC أو LC ، ولكن في تطبيق العالم الحقيقي لا أحد يفعل ذلك حقًا. هناك بعض الدوائر المتكاملة المخصصة التي لديها القدرة على توليد التذبذبات على أساس جهد الدخل. أحد هذه الدوائر المتكاملة الشائعة الاستخدام هو LM566 من أشباه الموصلات الوطنية.

هذا IC قادر على توليد كل من الموجة المثلثية والمربعة ويمكن ضبط التردد الاسمي لهذه الموجة باستخدام خارجي ومكثف ومقاوم. في وقت لاحق ، يمكن أيضًا تغيير هذا التردد في الوقت الفعلي بناءً على جهد الدخل المقدم إليه.

يتم عرض مخطط دبوس LM566 IC أدناه

يمكن تشغيل IC إما من مصدر واحد أو من سكة إمداد مزدوجة بجهد تشغيل يصل إلى 24 فولت. الدبابيس 3 و 4 هي دبابيس الإخراج التي تعطينا الموجة المربعة وموجة المثلث على التوالي. يمكن ضبط التردد الاسمي عن طريق توصيل القيمة الصحيحة للمكثف والمقاوم بالدبابيس 7 و 6.

و الصيغ لحساب قيمة R و C بناء على وتيرة الانتاج (فو) والتي قدمها الصيغ

Fo = 2.4 (Vss - Vc) / Ro + Co + Vss

أين،

Vss هو جهد الإمداد (هنا 12 فولت) و Vc هو جهد التحكم المطبق على الطرف 5 بناءً على حجم تردد الخرج الذي يتم التحكم فيه. (لقد شكلنا هنا مقسمًا محتملاً باستخدام المقاوم 1.5k و 10 k لتزويد الطرف 5 بجهد كهربائي ثابت). يظهر أدناه مخطط عينة لدائرة LM566

في التطبيقات العملية ، يمكن تجاهل المقاومات 1.5k و 10k ويمكن تزويد جهد التحكم مباشرة إلى الطرف 5. يمكنك أيضًا تغيير قيمة Ro and Co بناءً على النطاق المطلوب لتردد الخرج. راجع أيضًا ورقة البيانات للتحقق من مدى اختلاف تردد الخرج الخطي فيما يتعلق بجهد التحكم في الإدخال. يمكن ضبط قيمة تردد الخرج باستخدام جهد التحكم (على الطرف 5) بنسبة 10: 1 ، مما يساعدنا في توفير نطاق واسع من التحكم.

تطبيقات المذبذبات ذات الجهد الكهربائي (VCO)

• تردد التحول القفل
• معرفات التردد
• أجهزة التعرف على نغمة لوحة المفاتيح
• مولدات الساعة / الإشارة / الوظيفة
• تستخدم لبناء حلقات المرحلة المغلقة.

المذبذب الذي يتم التحكم فيه بالجهد هو كتلة الوظيفة الرئيسية في نظام الحلقة المغلقة الطور. لذلك دعونا نفهم أيضًا عن الحلقة المغلقة للطور ، ولماذا هي مهمة وماذا يفعل VCO داخل الحلقة المقفلة.

ما هي حلقة تأمين المرحلة (PLL)؟

المرحلة المغلقة الحلقة التي يشار إليها أيضًا باسم PPL ، هي نظام تحكم بينما تتكون بشكل أساسي من ثلاث كتل مهمة. هم كاشف الطور ، مرشح تمرير منخفض ومذبذب متحكم في الجهد. تشكل هذه الثلاثة معًا نظام تحكم يضبط باستمرار تردد إشارة الخرج بناءً على تردد إشارة الإدخال. يتم عرض مخطط كتلة PLL أدناه

يستخدم نظام PLL في التطبيق حيث يجب الحصول على تردد ثابت عالي (f _OUT) من إشارة تردد غير مستقرة (f _IN). تتمثل الوظيفة الرئيسية لدائرة PLL في إنتاج إشارة الخرج بنفس تردد إشارة الدخل. هذا مهم جدًا في التطبيقات اللاسلكية مثل أجهزة التوجيه وأنظمة إرسال الترددات اللاسلكية وشبكات الهواتف المحمولة وما إلى ذلك

يقارن كاشف الطور تردد الإدخال (f _IN) بتردد الخرج (f _OUT) باستخدام مسار التغذية الراجعة المقدم. تتم مقارنة الفرق بين هاتين الإشارتين وإعطائهما من حيث قيمة الجهد ، ويشار إليها باسم إشارة جهد الخطأ. ستحتوي إشارة الجهد هذه أيضًا على ضوضاء عالية التردد مقترنة بها ، والتي يمكن ترشيحها باستخدام مرشح تمرير منخفض. ثم يتم توفير إشارة الجهد هذه إلى VCO والذي كما نعلم بالفعل يغير تردد الخرج بناءً على إشارة الجهد (جهد التحكم) المقدم.

PLL - تطبيق عملي

يعد LM567 أحد تطبيقات IC المستخدمة بشكل شائع PLL. إنه وحدة فك ترميز النغمات IC ، مما يعني أنه يستمع إلى نوع معين من النغمة تم تكوينه بواسطة المستخدم على السن 3 إذا تم تلقي هذه النغمة ، فإنه يربط الإخراج (دبوس 8) بالأرض. لذلك بشكل أساسي للاستماع إلى جميع الأصوات المتوفرة في التردد والحفاظ على مقارنة تردد تلك الإشارات الصوتية بتردد محدد مسبقًا باستخدام تقنية PLL. عندما تتطابق الترددات مع دبوس الإخراج ، يصبح منخفضًا. يتم عرض دبوس LM567 IC أدناه ، والدائرة معرضة بشدة للضوضاء ، لذا لا تتفاجأ إذا لم تتمكن من جعل هذا IC يعمل على لوح التجارب.

كما هو موضح في الدبوس ، يتكون IC من دائرة كاشف طور I و Q بداخله. تتحقق أجهزة الكشف عن الطور هذه من الفرق بين التردد المحدد وإشارة التردد الواردة. يتم استخدام المكونات الخارجية لتعيين قيمة هذا التردد المحدد. يتكون IC أيضًا من دائرة ترشيح تقوم بتصفية ضوضاء التبديل غير المنتظمة ، ولكنها تتطلب مكثفًا خارجيًا متصلًا بالدبوس 1. يتم استخدام الدبوس ^الثاني لضبط عرض النطاق الترددي للدائرة المتكاملة ، وكلما زادت السعة الأقل ستكون عرض النطاق الترددي. يتم استخدام السنون 5 و 6 لضبط قيمة التردد المحدد. يمكن حساب قيمة التردد هذه باستخدام الصيغ أدناه

الدائرة الأساسية لـ LM567 IC موضحة أدناه.

يتم إعطاء إشارة الإدخال التي يجب مقارنة ترددها إلى الطرف 3 من خلال مكثف ترشيح بقيمة 0.01 فائق التوهج. تتم مقارنة هذا التردد مع التردد المحدد. يتم ضبط التردد باستخدام 2.4k Resistor (R1) و 0.0033 Capacitor (C1) ، ويمكن حساب هذه القيم وفقًا للتردد المحدد باستخدام الصيغ المذكورة أعلاه.

عندما يتطابق تردد الإدخال مع التردد المحدد ، سيتم تأريض دبوس الإخراج (دبوس 8). إذا كان خلاف ذلك ، سيبقى هذا الدبوس مرتفعًا. لقد استخدمنا هنا المقاوم (R _L) كحمل ، ولكن عادةً ما يكون عبارة عن مصباح LED أو صفارة كما هو مطلوب في التصميم. وبالتالي فإن LM567 يستخدم قدرة VCO لمقارنة الترددات وهو أمر مفيد للغاية في التطبيقات ذات الصلة بالصوت / اللاسلكي.

آمل أن تكون لديك فكرة جيدة عن VCO الآن ، إذا كان لديك أي شك ، فقم بنشرها في قسم التعليقات أو استخدم المنتديات.

تحقق أيضًا من:

• مذبذب تحول الطور RC
• مذبذب جسر وين
• مذبذب بلوري الكوارتز