Cara Kerja Jenis Serta Aplikasi Voltage Controlled Oscillator (VCO)

Sebagian besar perangkat elektronik konsumen di sekitar kita seperti Ponsel, TV, Radio, Mp3 Player dll adalah kombinasi dari Digital dan Analog Electronics.

Di mana pun ada transmisi / penerimaan nirkabel atau sinyal audio yang terlibat dalam desain elektronik, di sana kita akan membutuhkan sinyal elektronik berosilasi berkala, sinyal ini disebut sebagai sinyal Berosilasi dan sangat berguna dalam transmisi nirkabel atau untuk melakukan operasi terkait pengaturan waktu.

Osilator dalam elektronik umumnya mengacu pada rangkaian yang mampu menghasilkan bentuk gelombang. Bentuk gelombang ini dapat berupa sinus, segitiga atau bahkan jenis gigi gergaji. Beberapa rangkaian osilator yang paling umum adalah rangkaian LC, rangkaian Tangki, dll.

Sebuah Osilator Kontrol Tegangan adalah osilator yang menghasilkan sinyal berosilasi (bentuk gelombang) dengan frekuensi variabel. Frekuensi bentuk gelombang ini divariasikan dengan memvariasikan besarnya tegangan Input.

Untuk saat ini Anda dapat membayangkan sebuah Voltage Controlled Oscillator (VCO) menjadi sebuah kotak hitam yang mengambil Tegangan dengan besaran variabel dan menghasilkan sinyal keluaran dengan frekuensi variabel, dan frekuensi sinyal keluaran berbanding lurus dengan besarnya tegangan masukan. . Kami akan mempelajari lebih lanjut tentang kotak hitam ini dan cara menggunakannya dalam desain kami di tutorial ini.

Cara Kerja Voltage Controlled Oscillator (VCO)

Ada banyak jenis Rangkaian VCO; yang sangat dasar dapat dibuat dengan hanya menggunakan kapasitor, induktor dan resistor untuk membuat rangkaian tangki. Juga Op-Amps, Multivibrator, transistor, 555 timer juga dapat digunakan untuk membuat Rangkaian berosilasi. Selain itu ada paket IC khusus seperti LM566 LM567 dll. Yang dapat bertindak sebagai VCO. Untuk memahami ide dasar VCO, mari kita pertimbangkan osilator RC, Rangkaian Multiplexer dan Cara Kerjanya

Dalam osilator RC, frekuensi gelombang keluaran tergantung pada nilai kapasitor yang digunakan di rangkaian, karena frekuensi diberikan oleh rumus

Frekuensi (f) = 1 / 2πRC

Karenanya dalam hal ini frekuensi osilasi berbanding terbalik dengan nilai kapasitansi yang digunakan di rangkaian. Jadi sekarang untuk mengontrol frekuensi keluaran dan membuatnya berfungsi sebagai VCO kita harus memvariasikan kapasitansi Kapasitor berdasarkan nilai tegangan Input. Ini dapat dicapai dengan bantuan dioda varactor.

Dioda ini mengubah nilai kapasitansi berdasarkan tegangan yang diberikan. Contoh grafik keluaran VCO ditunjukkan di bawah ini.

Mari kita asumsikan tegangan kontrol menjadi Vc dan frekuensi keluaran sebagai fo. Kemudian dalam kondisi operasi normal tegangan nominal diberikan ke VCO dimana Frekuensi nominal dihasilkan oleh VCO. Ketika tegangan input (tegangan kontrol) dinaikkan, frekuensi keluaran meningkat dan sebaliknya juga dimungkinkan.

Jenis Osilator Kontrol Tegangan

Ada banyak jenis rangkaian VCO yang digunakan dalam berbagai aplikasi, tetapi secara garis besar dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis berdasarkan tegangan keluarannya.

Osilator Harmonik: Jika bentuk gelombang keluaran dari osilator adalah sinusoidal maka itu disebut Osilator harmonik. Rangkaian RC, LC, dan Rangkaian Tank termasuk dalam kategori ini. Jenis osilator ini lebih sulit untuk diterapkan tetapi stabilitasnya lebih baik daripada Osilator Relaksasi. Osilator harmonik juga disebut sebagai osilator terkontrol tegangan linier, untuk mengetahui rangkaian RC,RC silahkan baca Prinsip Dasar Rangkaian RC, RL dan RLC Serta Aplikasinya

Osilator Relaksasi: Jika bentuk gelombang keluaran osilator berbentuk gigi gergaji atau segitiga maka osilator disebut Osilator Relaksasi. Ini relatif mudah diterapkan dan karenanya paling banyak digunakan. Osilator Relaksasi selanjutnya dapat diklasifikasikan sebagai

Osilator Kontrol Tegangan Gabungan Emitor
Osilator Kontrol Tegangan Kapasitor yang Diarde
Cincin berbasis penundaan Osilator Kontrol Tegangan

Voltage Controlled Oscillator - Aplikasi Praktis

Seperti yang disebutkan sebelumnya, VCO dapat dibuat dengan mudah menggunakan pasangan RC atau LC, tetapi dalam aplikasi dunia nyata tidak ada yang benar-benar melakukannya. Ada beberapa IC khusus yang memiliki kemampuan untuk menghasilkan osilasi berdasarkan tegangan input. Salah satu IC yang umum digunakan adalah LM566 dari semikonduktor nasional.

IC ini mampu menghasilkan gelombang segitiga dan persegi dan frekuensi nominal gelombang ini dapat diatur dengan menggunakan eksternal dan kapasitor dan resistor. Nantinya frekuensi ini juga dapat divariasikan secara real time berdasarkan tegangan input yang disuplai padanya.

Diagram pin dari IC LM566 ditunjukkan di bawah ini

IC dapat dioperasikan baik dari suplai tunggal atau dari rel suplai ganda dengan tegangan operasi hingga 24V. Pin 3 dan 4 adalah pin keluaran yang masing-masing memberi kita gelombang Persegi dan gelombang Segitiga. Frekuensi nominal dapat diatur dengan menghubungkan nilai Kapasitor dan Resistor yang benar ke pin 7 dan 6.

Rumus untuk menghitung nilai R dan C berdasarkan frekuensi keluaran (Fo) diberikan oleh rumus

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

Dimana,

Vss adalah tegangan suplai (di sini 12V) dan Vc adalah tegangan kontrol yang diterapkan ke pin 5 berdasarkan besaran frekuensi keluaran yang dikontrol. (Di sini kita telah membentuk pembagi potensial menggunakan Resistor 1.5k dan 10k untuk memasok tegangan konstan ke pin 5). Diagram rangkaian sampel untuk LM566 ditunjukkan di bawah ini

Dalam aplikasi praktis, Resistor 1.5k dan 10k dapat diabaikan dan tegangan kontrol dapat langsung disuplai ke pin 5.

Anda juga dapat mengubah nilai Ro dan Co berdasarkan rentang frekuensi keluaran yang Anda inginkan. Juga lihat lembar data untuk memeriksa seberapa linier frekuensi output bervariasi sehubungan dengan tegangan kontrol Input. Nilai frekuensi keluaran dapat diatur menggunakan tegangan Kontrol (pada pin 5) dengan perbandingan 10: 1, yang membantu kami dalam menyediakan berbagai macam kendali.

Aplikasi Voltage Controlled Oscillator (VCO)

Tombol Pergeseran Frekuensi
Pengenal frekuensi
Pengenal Nada Keypad
Generator Jam / Sinyal / Fungsi
Digunakan untuk membuat Loop Terkunci Fase.

Osilator yang dikendalikan tegangan adalah blok fungsi utama dalam sistem Phase Locked Loop. Jadi mari kita juga memahami tentang Phase Locked Loop, mengapa itu penting dan apa yang dilakukan VCO di dalam Phase Locked Loop, Penjelasan Osilator Kristal Kuarsa

Apa itu Phase Locked Loop (PLL)?

Phase Locked Loop juga disebut PPL, adalah sistem kontrol yang sebagian besar terdiri dari tiga blok penting. Mereka adalah Detektor Fase, Filter Akses Rendah, dan Osilator Kontrol Tegangan. Bersama-sama ketiga bentuk sistem kontrol yang secara konstan menyesuaikan frekuensi sinyal keluaran berdasarkan frekuensi sinyal masukan. Diagram blok PLL ditunjukkan di bawah ini

Sistem PLL digunakan dalam aplikasi di mana Frekuensi stabil tinggi (fOUT) harus diperoleh dari sinyal frekuensi tidak stabil (fIN). Fungsi utama rangkaian PLL adalah menghasilkan sinyal keluaran dengan frekuensi sinyal masukan yang sama. Ini sangat penting dalam aplikasi nirkabel seperti Router, sistem transmisi RF, jaringan Mobiles, dll.

Detektor fase membandingkan frekuensi Input (fIN) dengan frekuensi output (fOUT) menggunakan jalur umpan balik yang disediakan. Perbedaan kedua sinyal ini dibandingkan dan diberikan dalam bentuk nilai tegangan, dan disebut sebagai sinyal tegangan kesalahan.

Sinyal tegangan ini juga akan memiliki beberapa noise frekuensi tinggi yang digabungkan dengannya, yang dapat difilter dengan menggunakan filter Low pass. Kemudian sinyal tegangan ini diberikan ke VCO yang seperti yang telah kita ketahui memvariasikan frekuensi keluaran berdasarkan sinyal tegangan (tegangan kendali) yang diberikan.

PLL - Aplikasi Praktis

Salah satu IC implement PLL yang umum digunakan adalah LM567. Ini adalah IC decoder nada, yang berarti mendengarkan jenis nada yang dikonfigurasi pengguna tertentu pada pin 3 jika nada itu diterima, ia menghubungkan output (pin 8) ke ground.

Jadi pada dasarnya untuk mendengarkan semua suara yang tersedia dalam frekuensi dan terus membandingkan frekuensi sinyal suara tersebut dengan frekuensi preset menggunakan teknik PLL. Ketika frekuensi cocok dengan pin output, itu menjadi rendah. Pin IC LM567 terlihat di bawah ini, rangkaiannya sangat rentan terhadap noise jadi jangan heran jika Anda tidak bisa membuat IC ini berfungsi di papan PCB.

Seperti yang ditunjukkan pada pin out, IC terdiri dari rangkaian detektor Fase I dan Q di dalamnya. Detektor fase ini memeriksa perbedaan antara frekuensi yang disetel dan sinyal frekuensi yang masuk. Komponen eksternal digunakan untuk mengatur nilai frekuensi yang ditetapkan ini.

IC juga terdiri dari rangkaian Filter yang akan menyaring kebisingan switching yang tidak menentu, tetapi membutuhkan kapasitor eksternal yang terhubung ke pin 1. Pin ke-2 digunakan untuk mengatur bandwidth IC, semakin tinggi kapasitansi yang lebih rendah akan menjadi bandwidth. Pin 5 dan 6 digunakan untuk mengatur nilai frekuensi yang ditetapkan. Nilai frekuensi ini dapat dihitung dengan menggunakan rumus di bawah ini

https://www.edukasikini.com/2021/04/rangkaian-multiplexer-dan-cara-kerjanya.html

Rangkaian dasar untuk IC LM567 ditunjukkan di bawah ini.

Sinyal Input yang frekuensinya harus dibandingkan diberikan ke pin 3 melalui kapasitor filter bernilai 0,01uF. Frekuensi ini dibandingkan dengan frekuensi yang ditetapkan. Frekuensi diatur menggunakan 2.4k Resistor (R1) dan 0.0033 Capacitor (C1), nilai-nilai ini dapat dihitung sesuai dengan frekuensi yang Anda set menggunakan rumus yang dibahas di atas.