Oscilador controlado por tensión - Uso del VCO, funcionamiento y aplicación

¿Qué es un oscilador controlado por tensión?

Un oscilador controlado por tensión es un oscilador con una señal de salida cuya salida puede variar en un rango, que se controla mediante la tensión continua de entrada. Es un oscilador cuya frecuencia de salida está directamente relacionada con la tensión de su entrada. La frecuencia de oscilación varía desde unos pocos hercios hasta cientos de GHz. Al variar la tensión continua de entrada, se ajusta la frecuencia de salida de la señal producida.

2 Tipos de osciladores controlados por tensión

• Osciladores armónicos: La salida es una señal con forma de onda sinusoidal. Algunos ejemplos son los osciladores de cristal y los osciladores de depósito
• Osciladores de relajación: La salida es una señal con forma de onda en diente de sierra o triangular y proporciona una amplia gama de frecuencias operativas. La frecuencia de salida depende del tiempo de carga y descarga del condensador.

Principio básico de funcionamiento del generador de ondas diente de sierra VCO

En un oscilador controlado por tensión que genera una forma de onda en diente de sierra, el componente principal es el condensador cuya carga y descarga decide la formación de la forma de onda de salida. La entrada se da en forma de una tensión que se puede controlar. Esta tensión se convierte en una señal de corriente y se aplica al condensador. A medida que la corriente pasa por el condensador, éste empieza a cargarse y se va creando una tensión a través de él. A medida que el condensador se carga y la tensión a través de él aumenta gradualmente, la tensión se compara con una tensión de referencia mediante un comparador.

Cuando la tensión del condensador supera la tensión de referencia, el comparador genera una salida lógica alta que activa el transistor, y el condensador se conecta a tierra y comienza a descargarse. Así, la forma de onda de salida generada es la representación de la carga y descarga del condensador y la frecuencia está controlada por la tensión continua de entrada.

Aplicaciones del VCO

• Equipo de interferencia electrónica.
• Generador de funciones.
• Producción de música electrónica, para la producción de diferentes tipos de ruido.
• Bucle de bloqueo de fase.
• Sintetizadores de frecuencia, utilizados en los circuitos de comunicación.

Un VCO práctico - LM566

Un ejemplo práctico de oscilador controlado por tensión (VCO) es el LM566. El LM566 es un VCO de uso general que puede utilizarse para generar formas de onda cuadradas y triangulares en función de la tensión de entrada.

El LM566 está especificado para funcionar en un rango de temperatura de 0˚C a 70˚C. Su frecuencia es una función lineal de una tensión de control. La frecuencia también se controla mediante una resistencia y un condensador externos, cuyos valores controlan la frecuencia de funcionamiento libre.

Descripción de la clavija:

• Clavija 1: Tierra (GND)
• Clavija 2: Sin conexión (NC)
• Clavija 3: Salida de onda cuadrada
• Clavija 4: Salida de onda triangular
• Clavija 5: Entrada de modulación
• Clavija 6: Resistencia de temporización
• Clavija 7: Condensador de sincronización
• Pin 8: Vcc

Características:

• La tensión máxima de funcionamiento es de 10V a 24V
• Estabilidad a altas temperaturas
• La temperatura de funcionamiento es de 0˚C a 70˚C
• La frecuencia se puede controlar mediante corriente, tensión, resistencia o condensador
• La disipación de energía es de 300mV
• Excelente rechazo de la fuente de alimentación

Aplicaciones:

• Generador de funciones
• Generador de tonos
• Modulación FM
• Modulación por desplazamiento de frecuencia
• Generador de relojes

Funcionamiento del LM566:

La figura muestra que el CI LM566 contiene fuentes de corriente para cargar y descargar un condensador externo a una velocidad fijada por una resistencia externa R1 y la tensión de entrada de corriente continua modulante V.

Se conecta un condensador de 0,001µF al pin 5 y al pin 6. Se utiliza un circuito de disparo de Schmitt para conmutar las fuentes de corriente entre la carga y la descarga del condensador y la tensión triangular producida a través del condensador y la onda cuadrada del disparo de Schmitt se proporcionan como salidas a través de amplificadores de buffer. Ambas formas de onda de salida se amortiguan para que la impedancia de salida de cada una sea de 50 f2. La magnitud típica de la onda triangular y la onda cuadrada es de 2,4 V pico a pico y 5,4 V pico a pico. La frecuencia de funcionamiento libre o central, f0, es

Aplicación del VCO - Bucle de bloqueo de fase

¿Qué es el bucle de bloqueo de fase?

Es un circuito electrónico que se utiliza para bloquear la frecuencia de salida del oscilador controlado por tensión con la frecuencia de entrada deseada, comparando constantemente la fase de la frecuencia de entrada con la de la frecuencia de salida del VCO. El PLL se utiliza para generar una señal, modularla o demodularla. Se utilizan principalmente en la modulación de frecuencia y en la modulación de amplitud. La frecuencia de salida del oscilador controlado por tensión se ajusta constantemente hasta que coincide con la frecuencia de entrada.

¿Cómo funciona un bucle de bloqueo de fase?

En el diagrama de bloques anterior, el PD o detector de fase compara la frecuencia de salida con la frecuencia de referencia de entrada. En caso de desajuste, el detector de fase genera una señal de error que se filtra con un filtro de paso bajo para eliminar el ruido y esta señal se aplica al oscilador controlado por tensión para generar la frecuencia de salida. Esta frecuencia de salida se proporciona al detector de fase a través de un contador de división por N que divide la frecuencia de salida por un determinado número N.

Aplicación práctica del PLL - Decodificador de tonos con LM567

El LM567 es un decodificador de tonos. Está pensado para que un transistor saturado conmute a masa cuando la señal de entrada está disponible. Consta de un oscilador controlado por tensión (VCO) y del detector de fase. El oscilador controlado por tensión sirve para verificar la frecuencia central del descodificador. Se utilizan componentes externos para ajustar la frecuencia central, el ancho de banda y el retardo de salida.

El detector de fase y el VCO forman un bucle de bloqueo de fase (PLL) cuando el PLL está bloqueado y la amplitud de la señal de entrada supera un umbral preestablecido internamente, se activa un interruptor a tierra en la salida.

Características:

• rango de frecuencia de 20 a 1 con una resistencia externa
• Salida compatible con la lógica con capacidad de consumo de corriente de 100mA
• Ancho de banda ajustable
• Alto rechazo a las señales fuera de banda y al ruido
• Inmunidad a las señales falsas
• Alta frecuencia central (0,01 Hz a 500 kHz)

El decodificador de tonos PLL LM567 tiene muchas aplicaciones; son la decodificación de tonos, el oscilador de precisión, la supervisión y el control de la frecuencia, la demodulación FSK de banda ancha, los controles ultrasónicos, los controles remotos de la corriente portadora y los decodificadores de avisos.

Funcionamiento del decodificador de tonos PLL LM567:

El LM567 funciona con tensiones de alimentación de 2V a 9V y frecuencias de entrada que van de 1 Hz a 500 kHz. El condensador de sincronización del oscilador Ct debe dividirse en dos para duplicar la frecuencia del oscilador con respecto a la frecuencia de entrada y los condensadores de filtro C1 y C2 deben reducirse para mantener las mismas constantes de tiempo del filtro. Cuando el PLL está bloqueado, el pin de salida 8 se conecta a tierra y se activa. No se requiere ninguna corriente de alimentación adicional para activar el interruptor. Y la resistencia de activación del interruptor es inversamente proporcional a la alimentación. La entrada tiene una amplitud suficiente para que el pin1 caiga por debajo de 2/3 Vs.

Espero que te hayas hecho una idea sobre el oscilador controlado por tensión a partir del artículo anterior, así que si tienes alguna duda sobre este concepto o sobre los proyectos eléctricos y electrónicos, deja la sección de comentarios más abajo.