دانلود مقاله نوسان ساز کنترل شده با ولتاژ ( VCO )

بخشی از مقاله

ابواع نوسان سازها:
1) نوسان ساز هاي سيـنوسي
نوسان ساز هاي سيــــنوسي کاربرد گسترده اي در الکترونيک دارند. ايـن نوسان ساز ها منبع حامل فرستنده ها را تاميـن مي کنند و بخشي از مبدل فرکانس را در گيـرنده هاي سوپر هيـتروديـن تشکيـل مي دهند.نوسان ساز ها در پاک کردن وتوليـد مغناطيـسي در ضبط مغناطيـسي و زمانبندي پالسهاي ساعت در کار هاي ديـجيـتال به کار مي روند.بسيـاري از وسايـل اندازه گيـري الکترونيـکي مثل ظرفيـت سنج ها نوسان ساز دارند.

نوسان ساز هاي سيـنوسي انواع مختلفي دارند اما همه آنها از دو بخش اساسي تشکيـل مي شوند:
اول : بخش تعيـيـن کننده فرکانس که ممکن است يـک مدار تشديـد يـا يـک شبکه خازن مقاومتي باشد.مدار تشديـد بسته به فرکانس لازم مي تواند ترکيـبي از سلف و خازن فشرده طولي ازخط انتقال يـا تشديـد کننده حفره ا ي باشد.البته شبکه هاي خازن مقاومتي فرکانس طبيـعي ندارند ولي مي توان از جابه جايي فاز آنها براي تعيـيـن فرکانس نوسان استفاده کرد.

نوسان ساز هاي سيـنوسي کاربرد گسترده اي در الکترونيـک دارند.ايـن نوسان ساز ها منبع حامل فرستنده ها را تاميـن مي کنند و بخشي از مبدل فرکانس را در گيـرنده هاي سوپر هيـتروديـن تشکيـل
ميدهند.
نوسان ساز ها در پاک کردن وتوليـد مغناطيـسي در ضبط مغناطيـسي و زمانبندي پالسهاي ساعت در کار هاي ديـجيـتال به کار مي روند .بسيـاري از وسايـل اندازه گيـري الکترونيـکي مثل ظرفيـت سنج ها نوسان ساز دارند.
دوم: بخش نگهدارنده که انرژي را به مدار تشديـد تغذيـه مي کند تا آن را در حالت نوسان نگه دارد.بخش نگه دارنده به يـک تغذيـه نيـاز دارد. در بسيـاري از نوسان ساز ها ايـن قسمت قطعه اي فعال مثل يـک ترانزيـستور است که پالسهاي منظمي را به مدار تشديـد تغذيـه مي کند.
شکل ديـگري از بخش نگهدارنده تشديـد نوسان ساز يـک منبع با مقاومت منفي يـعني قطعه يـا مداري الکترونيـکي است که افزايـش ولتاز اعمال شده به آن سبب کاهش جريـان آن مي شود. قطعات نيـمه رسانا يـا مدار هاي متعددي وجود دارند که داراي چنيـن مشخصه اي هستند.
2)نوسان ساز هاي فيـد بک مثبت :
به طور کلي هر سيـستم داراي ورودي و خروجي مي باشد حا لا اگر بنا به هر علتي مقداري از خرو جي را با ورودي ها ترکيـب کرده و وارد يـک سيـستم کنيـم به ايـن کار فيـد بک گفته مي شود که کار برد هاي فراواني در دنيـاي تکنولوژي دارد براي نمونه از فيـد بک براي کنترول فرايـندیک سیستم استفاده

مي شود مثلاَ در هنگام راه رفتن شما يـک سيـستم خيـلي مدرن هستيـد که اطلاعات را با چشم خود گرفته و به مغز مي فرستيـد ودر آنجا پردازش شده تصميـم مي گيـريـد که چه کار کنيـد اما در مورد
فيـد بک مثبت با يـد بگويـم که دو نوع فيـد بک را مي توان در نظر گرفت منفي و مثبت.
در فيـد بک مثبت که يـک مثال جالب از آن را در بالا برايـتان بيـان کردم هدف اغلب کنترول يـک فرايـند است يـک مثال ديـگر فرض کنيـد يـک ظرف از مايـعي که در حال جوشيـدن است در تماس با يـک منبع گرما مثل شعله گاز قرار دارد با گرم شدن بيـش از حد مايـع از ظرف بيـرون مي ريـزد وآتش را کم مي کند و دماي مايـع را کاهش مي دهد و با کاهش دماي ما يـع آتش دوباره احيـا مي شود و مايـع دو باره گرم شده وسر ريـز مي کند و دوباره ... اما در فيـد بک مثبت خرو جي به ورودي اضافه مي شود و از

فيـدبک مثبت به هميـن دليـل براي تشديـد استفاده مي شود همان مثال قبل را در نظر بگيـريـد با يـک مايـع آتشزا ايـن بار با گرم شدن مايـع و سر ريـز آن آتش شديدتر مي شود وهميـن طور تا آخر.
نکته مهم ايـن است که در دنيـاي مادي همه چيـز روبه ميـرايـي و مردن ميـرود و چيـز هايـي مثل اصطکاک هميـشه(بعضي موقع هاي بيـشتر)مزاحم هستند در باره نوسان هم ميـرايـي باعث کاهش دامنه نوسان و از بيـن رفتن آن مي شود بنا برايـن از فيـد بک مثبت براي ج

مي کنيـم.
انواع مختلفي از نوسان ساز ها که از فيـد بک مثبت استفاده مي کنند وجود دارد.
3)نوسان ساز هارتلي:
ايـن نوسان ساز نمونه اي از نوسان ساز هاي فرکانس پايـيـن است که با استفاده از مدار فرکانس را تعيـيـن مي کند و يـک ترانزيـستور نيـز تاميـن کننده پالس هاي نگه دارنده است. مدار شکل زيـر يـک تقويـت کننده اميـتر مشترک را نشان مي دهد که مدار بيـن کلکتور و بيـس آن متصل شده است سر وسط سلف به طور موثر به اميـتر متصل شده است (مقاومت منبع تغذيـه برابر صفر فرض مي شود).

تقويـت کننده اميـتر مشترک سيـگنال ورودي خود را معکوس مي کند و سيـگنال خروجي آن با سر وسط زميـن شده سلف قبل از اعمال به بيـس معکوس مي شود. در نتيـجه در ايـن مدار ورودي را خود تقويـت کننده تا ميـن مي کند. يـعني فيـد بک مثبت قابل تو جهي که وجود دارد باعث ايـجاد نوسان مي شود و دامنه سيـگنال (در فر کانس تشديـد ) به سرعت افزايـش مي يـابد.

پالسهاي ناشي از جريـان بيـس را پر مي کنند در نتيـجه جهت ولتاژ تو ليـد شده بيـس را به طور منفي بايـاس مي کند با افزايـش دامنه سيـگنال ولتاز دو سر نيـز زيـاد مي شود تا به حالت تعادل بر سد. حالت تعادل زماني روي مي دهد که اتلاف مدار ناشي از بار شدن خروجي مقاومت اهمي و جريـان بيـس با انرژي وارد شده از کلکتور به ايـن خازن برابرشود.
در ايـن شرايـط نهايـي ترانزيـستور مي تواند به خوبي در بيـشتر قسمتهاي سيـکل قطع باشد ودر هر قله مثبت بيـس پالس ناگهاني به جريـان بيـس و (جريـان کلکتور)اعمال شود. در فاصله زماني بيـن دو قله متوالي از طريـق شروع به تخليـه مي کند.
اما اگر يـک ثابت زماني در مقايـسه با زمان تناوب نوسان بزرگ باشد مقدار کمي از ولت

اژ دو سر در ايـن فاصله زمانيـ از بيـن مي رود و مي توان را به عنوان يـک منبع ثابت بايـاس منفي در نظر گرفت . در بسيـاري از نوسان ساز ها از ايـن روش بايـاس کردن استفاده مي شود.
ايـن روش داراي مزيـت جبران سازي براي هر گونه افت دامنه نوسان در اثر افزايـش بار خروجي يـا افت ولتاژ منبع تغذيـه است.کاهش دامنه نوسان باعث کاهش بايـاس مي شود به طوري که ترانزيـستور پالس هاي جريـان بزرگتري براي ثابت نگه داشتن دامنه مي گيـرد.
4)نو سان ساز کلپيـتس :
نکته مهم در شکل بالانيـاز به وجود سه اتصال ميـان مدار تنظيـم شده و ترانزيـستور براي ايـجاد فيـد بک مثبت است. اميـتر به سر وسط سلف متصل مي شود ولي مي توان آن را به صورت معادل با استفاده از دو خازن برابر به طور سري مانند شکل بعد به شاخه خازني مدار متصل کرد.در ايـن نوسان ساز از يـک فت اتصالي با مقاومت در مدار دريـن استفاده شده و مدار با خازن به در يـن متصل شده است.

بنا بر ايـن مدار بر خلاف تغذيـه مستقيـم شکل اول به طور موازي تغذيـه مي شود.
خازن هاي تعيـيـن کننده فرکانس و با خازن هاي ورودي و خروجي ترانزيـستور موازي هستند و در نتيـجه ايـن خازنها در تعيـيـن فر کانس نوسان نيـز تاثيـر دارند. با بزرگتر کردن و تا حد امکان تاثيـر ايـن خازنها به حداقل مي رسد.از سوي ديـگر اگربه نوساني با فر کانس بالا نيـاز باشد خازنهاي تنظيـم بايـد خيـلي کوچک باشند.

در ايـن موارد مي توان از خازنهاي ورودي و خروجي ترانزيـستور استفاده کرد. يـک خازن متغيـيـر کوچک مانند شکل سوم براي تنظيـم به دو سر سلف متصل مي شود. در ايـن مدار نيـز که با پالسهاي جريـان گيـت شارژ و از طريـق تخليـه مي شود به طور خود کار بايـاس لازم را تاميـن مي کند. براي آنکه امکان زميـن شدن سر متغيـيـر خازن (و در نتيـجه بيـس ترانزيـستور) وجود داشته باشد يـک چوک با امپدانس زيـاد در فر کانس کار به مدار اميـتر افزوده مي شود.

هر سه نوسان ساز بالا که شرح دادم در کلاس براي دامنه هاي نوسان بزرگ عمل مي کنند. براي به دست آوردن شکل موج سيـنوسي خروجي را بايـد از مدار گرفت. مثلا با سيـم پيـچي که مانند شکل اول و دوم به طور القايـي به مدار متصل مي شود.اگر خروجي از خود ترانزيـستور گرفته شود مثلا از مقاومتي در مدار اميـتر يـا سورس قطار پالسي با فر کانس تکراري برابر با فرکانس تشديـد به دست مي آيـد.

5)نوسانساز رايـــنارتز:
ايـن نوسان ساز چون زيـاد در گيـرنده هاي ترانزيـستوري استفاده مي شود بايـد حتما در بارش
مي نوشتم.در ايـن مدار فيـد بک مثبت با اتصال مدار کلکتور به مدار اميـتر با القاي متقابل وتاميـن ميشود. و هر دوبه مدار تعيـيـن کننده فرکانس نيـز متصل هستند.

ايـن نوسان ساز به روش تقسيـم ولتاژ پايـدار مي شود ولي همانطور که نشان داده شده است اثر بازوي پايـيـني مقسم ولتاژ بايـد با خازن کم مقاومتي خنثي شود تا سيـگنال توليـد شده در دوسرمستقيـما بيـن بيـس و اميـتر اعمال شود . در نگاه اول به نظر مي رسد که بخش تعيـيـن کننده فرکانس در نوسان ساز رايـنرتز چهار اتصال دارد ولي اتصال مثبت و منفي منبع تغذيـه در واقع مشترک هستند زيـرا امپدانس منبع در فرکانس نوسان

ناچيـز است يـا بهتر است که چنيـن باشد.
6) نوسان سازهاي مقاومت منفي:
همان طور که گفته شد اگر يـک مدار تشديـد به منبعي با مقاومت منفي مناسب متصل شود نوسان خواهد کرد. که تفاوت آن با نوسان ساز هايـي که قبلا گفته شد ايـن است که تنها به دو اتصال به بخش تعيـيـن کننده فرکانس نيـاز دارد.منظور از مقاومت منفي قطعه اي است که مشخصه انقالي آن (نمودار ولتاژ _جريـان) حد اقل در يـک محدوده ي کو چک شيـب منفي داشته باشد يـعني با افزايـش ولتاژ لا اقل در بعضي از ناحيـه هاي ولتاژي جريـان آن کاهش يـابد و يـا با افزايـش جريـان ولتاژ آن کاهش يـابد. ايـن عنصر مي تواند يـک قطعه خواص يـا يـک مدار باشد.
براي استفاده از يـک مقاومت منفي در يـک نوسان ساز از ايـن نوع بايـد مقدار مقاومت منفي برابر مقدار مقاومت مثبت مدار تشديـد متصل به آن باشد.
چون اصولا چيـزي که باعث ميـرايـي دامنه نوسان مي شود مقاومت مثبت است براي جبران اين ميرايي يـک عنصر مطلوب مثل مقا ومت منفي را داريـم که اثر ميـرايـي مقاومت مثبت را از بيـن مي برد.

ديـود تونل:
يـکي ازقطعات نيـمه رسانا که مشخصه اش يـک مقاومت منفي را نشان مي دهد ديـود تونل است . ايـن قطعه يـک ديـود است که غلظت ناخالصي درآن بسيـار زيـاد وپيـوند آن بسيـارنازک است. شکست در ديـود تونل در مقاذيـر بايـاس معکوس خيـلي پايـيـن اتفاق مي افتد و در نتيـجه ناحيـه ي مقاومت معکوس زيـاد وجود ندارد. شيـب منفي در بايـاس مستقيـم کم معمولا بيـن 0.1 تا 0.3 ولت ايـجاد
مي شود. (ايـن مشخصه مفيـد مي باشد) به دليـل نفوذ در سد پتانسيـل در پيـوند با الکترونــهايـي که انرژي کافي براي عبور از ايـن سد ندارند به وجود مي آيـد.
ايـن اثر معروف به اثر تونل در فيـزيـک کلاسيـک غيـر قابل توجيـه است ولي با مکانيـک کوانتومي قابل توضيـح است . ديـود هاي تونل را مي توان باظرفيـت خيـلي کمي توليـد کرد و نوسان ساز هايـي که با آن کار مي کنند در فرکانسهاي چند مگا هرتزي قابل ساخت هستند براي به دست آوردن بيـشتريـن مقدار خروجي (يـا همان به قول دانشجويـان متعال برق ماکزيـمم سويـيـنگ متقارن) بايـد نقطه کار در وسط ناحيـه مقاومت منفي قرار داده شود واضح است که دامنه خروجي کمتر از يـک ولت مي باشد.

7) نوسان ساز پوش_ پول:
مشخصه مقاومت منفي را مي توان از يـک مدار دو ترانزيـستوري نيـز به دست آورد. نمونه ايـن مدار در شکل زيـر نشان داده شده است که اساس آن از يـک مولتي ويـبراتور استابل تشکيـل مي شود.
اگر ترکيـب وجود نداشته باشد شکل موج مربعي خروجي در هر دو کلکتور توليـد خواهد کرد و ترانزيـستورها به طور متناوب بيـن قطع و اشباع تغيـيـر وضعيـت خواهند داد. وجود مدار تنظيـم شده ايـن عملکرد را اصلاح مي کند زيـرا سلف در فرکانس هاي پايـيـن مسيـري با امپدانس کم ميـان کلکتور ها ايـجاد مي کند در حالي که خازنها ايـن کار را در فرکانس هاي بالا انجام مي دهند که هر دو عملکرد معمولي مولتي ويـبراتور را تحت تاثيـر قرار خواهد داد عملکرد مدار منطبق بر فرکانس

تشديـد مدار تنظيـم شده است که در آن مدار تنظيـم شده بيـشتريـن امپدانس را دارد و در نتيـجه خروجي مدار سيـنوسي است در ايـن فرکانس مقاومت موثر ميـان کلکتورها تقريـبا برابر است که قابليـت هدايـت متقابل ترانزيـستور ها و تضعيـف مدار هاي تزويـج ميـان ترانزيـستور هاست .
يـکي از ايـن مدار هاي تزويـج است ولي با خازن ورودي موازي است و ايـن امر مي تواند در تضعيـف مدار تاثيـر بگذارد . براي ايـجاد نوسان بايـد مقاومت ديـناميـکي مدار بيـشتر از باشد.

اسيـــلاتور کنترل‌شده با ولتاژ:
اسيــلاتور کنترل شده با ولتاژ يـــا VCO مخفف voltage control osilatorاست که يـــک اسيــلاتور الکترونيـکي است و به جهت کنترل فرکانس نوسان توسط ولتاژ ، طراحي شده ‌است .
فرکانس نوسان يـــا سرعت تکرار در ثانيـــه متناسب با ولتاژ DC ورودي ، تغيــيــر ميکند ، پس وقتي سيـــگنال پيـــام را به VCO دهيـــم مدولاسيـون فرکانس (FM) ، مدولاسيـون فاز (PM) و مدولاسيـــون پهناي پالس (PWM) را ميـ‌توانيـم ، بدست آوريـم .

کنترل فرکانس در VCO:
در فرکانس‌هاي بالا ، عنصر کنترل شونده با ولتاژ ، عموماً ديـــود واراکتور است که به قسمتي از مدار تانک اسيـــلاتور LC ، متصل است .در فرکانس‌هاي پايـــيـــن ، ديـــگر روش‌هاي تغيـــيـــر فرکانس همچون دگرگوني در سرعت شارژ خازن ، يـــعني منبع جريـــان کنترل شونده با ولتاژ ، استفاده ميـ‌شود .

اسيلاتورهای کريستالی:
اسيلاتورهای کريستالی ، بلورهای کوارتز پيزو الکتريک هستند که بطور مکانيکی بين دو شکل با تفاوت جزئی ، نوسان می‌کنند. بلورها ضريب مرغوبيت (Q) خيلی بالايی دارند و فقط می‌توانند در دامنه کوتاهی از فرکانس‌ها ، کنترل شوند. اسيلاتورهای کريستالی به عنوان مرجع فرکانس در PLLهای ديگر بکار می‌روند و تقريبا" در هر دستگاه الکترونيک مصرف کننده ، يافت می‌شوند. چون اين کريستال يک مؤلفه off-chip به شمار می‌رود ، که بعضی هزينه‌ها و پيچيدگی را به طرح سيستم اضافه می‌کند ، اما کريستال به خودی خود ، کم خرج و ارزان است.
اسيـــلاتور کريـــستالي کنترل شونده با ولتاژ:
و اما از همه مهمتر که حتما بايـد در باره ا ش بدانيـد ايـن مورد است چون در بعضي کاربرد ها لازم که نوسان ساز پايـداري فرکانسي زيـادي داشته باشد يـعني يـک فرکانس ثابت را بدون وابستگي به عوامل ديـگر توليـد کند مثل منبع موج حامل در فرستنده ها اگر کنترل تلويـزيـون را ديـده باشيـد احتمالا يـک قطعه مکعبي زرد رنگ(کريـستال) را در آن ديـده ايـد يـا مدار تلويـزيـون يـا بعضي راديـو ها واز ديـگر جاهايـي که ايـن نوسان ساز به کار مي رود منابع توليـد کننده پالسهاي ساعت در کامپيـوتر ها و سيـستم هاي ديـجيـتال است .
روش رايـج براي به دست آوردن پايـداري فرکانسي لازم استفاده از کريـستال پيـزوالکتريـک براي کنترل فرکانس نوسان است .چنيـن کريـستالهايـي (بسته به ابعاد و شکلشان) داراي فرکانس تشديـد طبيـعي هستند در عمل کريـستال بيـن دو صفحه فلزي نصب مي شود که اتصال الکتريـکي با کريـستال را ايـجاد مي کند . را ه هاي متعددي براي اتصال کريـستال به مدار نوسان ساز وجود دارد.
که يـک نمونه از آن در شکل بعدي آمده است در ايـن شکل کريـستال بيـن کلکتور و بيـس ترانزيـستور وصل شده تا نوسان ساز کلپيـتس را تشکيـل دهد . خازنهاي داخلي کلکتور بيـس و بيـس اميـتر فيـد بک مثبت را تاميـيـن مي کنند. مدار کلکتور نيـازي به تنظيـم ندارد سيـم پيـچ ثانويـه ترانسفور ماتور نقطه ي خروجي را ايـجادمي کند.

يـــک اسيــلاتور کريــستالي کنترل شونده با ولتاژ (VCXO) زماني استفاده ميـ‌شود که ، فرکانس کار به مقدار تنظيــمات نسبي کوچک (مقدار دقيـــق فرکانس يــا فاز اسيـــلاتور بسيــار حيــاتي باشد) يـــا با اعمال يــک ولتاژ متغيــر در ورودي کنترلي اسيــلاتور ، مي‌خواهيـــم ، تداخلات راديـــو فرکانسي را بر روي يــک رنج فرکانسي براي رفع ايــراد ، حذف کنيــم .
اسيـلاتور‌هايـي هستند که بر روي رنج‌هاي فرکانسي پهناور کار ميکنند . اسيــلاتور‌ها

ي متغيــيــر فرکانس (VFOs) ، به وسيـــله مقدار يــکي از مدارات تعيــيــن کننده فرکانس ، فرکانس خود را تغيــيــر ميـ‌دهند .
يــک اسيـلاتور کنترل شونده با ولتاژ (VCO) يـکي از عناصر تعيــيــن کننده فرکانس است که به صورت الکتريــکي کنترل ميـ‌شود .

کاربردهاي VCO:
VCOها در مواردي همچون زيــر استفاده ميـ‌شوند :
• فانکشن ژنراتور
• براي تغيــيــر تن موزيـــک در تهيــه موزيــک الکترونيــکي
• حلقه فاز قفل شونده (PLL)
• در مدارات مخابراتي سيــنتي سايــزر و موبايــل

کنترل فرکانس در VCO :

در فرکانس‌هاي بالا ، عنصر کنترل شونده با ولتاژ ، عموماً ديـــود واراکتور است که به قسمتي از مدار تانک اسيـلاتور LC ، متصل است .در فرکانس‌هاي پايـيـن ، ديـگر روش‌هاي تغيـيـر فرکانس همچون دگرگوني در سرعت شارژ خازن ، يـعني منبع جريـان کنترل شونده با ولتاژ ، استفاده ميـ‌شود .

کنترل فرکانس در VCO به صورت زير خواهد بود:

VCO در مدار آنتن يـعني چه:
از انجائيـکه يـک گوشي موبايـل مدام ميـتواند از منطقه اي به منطقه ديـگر در دست مشترک جابجا شود , مي بايـست بتواند در هر منطقه تحت پوشش BTS همان منطقه تنظيـم و هماهنگ شود تا ضمن ارتباط مستمر با BTS , عمليـات دريـافت و ارسال صورت پذيـرد.
به عبارتي ايـستگاه راديـوئي روي فرکانسهاي مختلف م

يـبايـست بتواند عمليـات مدولاسيـون ( ارسال ) و دمدولاسيـون ( دريـافت) را انجام دهد .
ايـن عمل مستلزم ايـن است که فرکانس سيـگنال راديـويـي به عنوان سيـگنال حامل مرتب و با دقت زيـاد تغيـيـر داده شود .
لذا از قطعه vco که يـک کريـستال ميباشد جهت ايـجاد فرکانسهاي مورد نيـاز براي عمل مدلاسيـون و دمدلاسيـون که به نسبت ولتاژ دريـافتي , فرکانس توليـد ميـکند , استفاده ميـشود.
معمولا ايـن واحد توانايـي پردازش سيـگنالهاي باند 900 - 1800 - 1900 مگاهرتز را دارا ميـباشد.
VCO داراي دو فرکانس در dsc 1800 و چهار فرکانس در egsm در مقايـسه با فرکانس کانال RF دارد.
VCO يـا ولتاژ کنترل اسيـلاتور ( نوسان ساز کنترل شده با ولتا

ژ) درفرکانسي بيـشتر از 900mhz نوسان توليـد ميـکند.) سيـگنالهاي باندهاي 900 – 1800 – 1900 مگاهرتز را vco پردازش ميـکند
با انتخاب کانالي که از طرف شبکه در اختيـار موبايـل قرار ميـگيـرد و بصورت يـک عدد ميـباشد , فرکانس VCO به ايـن عدد تقسيـم ميـشود و سپس خروجي ايـن واحد ( انتخاب کانال) با فرکانس مرجع Fref که بوسيـله کريـستال اصلي ( از 13 الي 38 مگاهرتز بسته به مدل گوشي) ايـجاد ميـشود , مقايـسه شده و سپس در واحد LPF اشکار ميـگردد.
سيـگنال محلي (SHF) توسط ماژول VCO توليـد ميـشود.

مدار يك اسيلاتور كنترل شده با ولتاژ VCO

معادلات برای حوزهٔ زمان در VCO

• بهرهٔ اسيلاتور است و بر حسب هرتز بر ثانيه محاسبه می‌شود.
• نشان دهندهٔ بسامد سيگنال خروجی است.
• نشان دهندهٔ فاز سيگنال خروجی است.
• ولتاژ ورودی به VCO. گاهی با نمايش داده می‌شود.

معادلات برای حوزهٔ فرکانس در VCO

سيــنتي سايــزر:
سيـــنتي سايـــزر به سيـــستم الکترونيـکي گفته مي شود که نوسانات الکترومغناطيـــسي با فرکانس انتخابي را به صورت دقيـــق توليـــد مي کند. سيـــنتي سايـــزر براي توليـــد نوسان دلخواه از يـــک نوسانساز (اسيـــلاتور) دقيـــق (معمولا کريـستالي) و يـا يـک سيـــگنال زمانبندي مرجع به عنوان ورودي استفاده مي کند و در يـک بازه فرکانسي مي تواند نوسانهايـــي با فرکانس مطلوب را بر اساس سيـگنال مرجع به صورت دقيـــق و قفل شده توليـدکند.

سيــنتي سايــزرها براي توليـــد نوسانات تک فرکانس قابل تنظيـم (در سيــستم هاي راديــويـي) يـا مجموعه اي از نوسانات ترکيـب شده (سيـنتي سايـزهاي چندکاناله در سيـستم هاي صوتي) به کار مي روند. ايـن مدارات امروزه در وسايـل الکترونيـکي زيـادي از قبيـل انواع گيـرنده‌ها و فرستنده هاي راديـويـي ، سيـستم هاي راديـويـي ماهواره اي و جي پي اس ، لوازم موسيـقي الکترونيـکي و تجهيـزات صوتي ديـجيـتال مانند کارت هاي صوتي کامپيـوترها استفاده ميـ‌شوند.
اصول سيـنتي سايـزرهاي PLL:
يـک حلقه فاز قفل شده کاري را براي فرکانس ميکند که کنترل گيـن خودکار (AGC) براي ولتاژ انجام ميـ‌دهد ، حلقه فاز قفل شده فرکانس دو سيـگنال را مقايـسه مي‌کند و يـک سيـگنال خطا متناسب با تفاضل فرکانس دو ورودي ، مي‌سازد. سيـگنال خطا براي راه اندازي يـک ولتاژ کنترل اسيـلاتور (VCO) که يـک خروجي فرکانس دارد استفاده ميـ‌شود .

خروجي فرکانس VCO از تقسيـم کننده فرکانس عبور داده شده و به ورودي سيـستم باز ميـگردد که يـک حلقه فيـدبک منفي ميـ‌سازد . اگر خروجي VCO از فرکانس خود خارج شد سيـگنال خطا افزايـش خواهد يـافت در نتيـجه PLL فرکانس را در معکوس آن فرکانس تغيـيـر ميـ‌دهد تا سيـگنا خطا را کاهش دهد ، بنابرايـن خروجي در فرکانس ورودي ديـگر قفل ميـ‌شود .
ايـن ورودي را مرجع (Reference) مينامند و توسط اسيـلاتور بسيـار باثبات کريـستالي تاميـن ميـگردد . در بلوک ديـاگرام شکل زيـر عناصر اساسي و آرايـش سيـنتي سايـزر PLL

نشان داده شده‌ است .
مسئله اساسي و کليـدي به جهت توليـد فرکانس‌هاي مختلف در سيـنتي سايـزر تقسيـم کننده بيـن ورودي و خروجي فيـدبک است ، ايـن تقسيـم کننده معمولاً کانترهاي ديـجيـتالي ميـ‌باشد که خروجي سيـگنال سيـنتي سايـزر نقش کلاک را براي کانتر ايـفا ميکند .
کانتر با قرار دادن مقدار اوليـه و کلاک ورودي ، به سمت پايـيـن ميـ‌شمارد ، وقتي کانتر به صفر رسيـد ، خروجي کانتر تغيـيـر وضعيـت داده و مقدار کانتر دوباره بار گذاري ميـ‌شود . ايـن مدار واضح است که توسط فليـپ فلاپ‌ها اجرا ميـ‌شود ، زيـرا طبيـعت ايـن مدار ديـجيـتالي است و ارتباط دهي آن با ديـگر قطعات ديـجيـتالي و ميـکروپروسسورها ، آسان ميـ‌باشد . توسط سيـنتي سايـزر ، فرکانس خروجي ، توسط سيـستم ديـجيـتالي ، کنترل ميشود .
مثال:
براي سيـگنال مرجع ۱۰۰KHz و تقسيـم کننده بتواند هر مقداري بيـن ۱ تا ۱۰۰ قرار داده شود . سيـگنال خطا توسط مقايـسه کننده توليـد ميـ‌شود و وقتي خروجي تقسيـم کننده ۱۰۰KHz باشد سيـگنال خطا صفر خواهد شد . به ايـن منظور VCO بايـد در فرکانس «۱۰۰KHz× مقدار کانتر» کار کند . بنابرايـن VCO خروجي ۱۰KHz را براي تقسيـم ۱ ، ۲۰۰KHz براي تقسيـم ۲ ، ۱ MHz براي تقسيـم ۱۰ و به هميـن ترتيـب ، توجه فرمائيـد که نمام مضرب‌هاي فرکانس مرجع به دست مي‌آيـد
در کاربرد ايـن نوع از سيـنتي سايـزر نميتوان در پهناي رنج بالايـي از فرکانس‌ها کار کرد زيـرا

مقايـسه کننده يـک پهناي باند محدودي خواهد داشت که ممکن است به وضعيـت قفل اشتباه يـا يـک ناتواني قفل در تمامي موارد منجر شود .
بعلاوه ساخت VCO با رنج وسيـع در فرکانس بالا کار دشواري است ، ايـن دشواري از چنديـن فاکتور ناشي ميـ‌شود اما ابتدايـي تريـن مشکل محدوديـت رنج خازني در ديـود واراکتور ميـ‌باشد . به هر حال در بيـشتر سيـستم‌هاي تحت سيـنتي سايـزر ما نميـ‌توانيـم رنج وسيـعي داشته باشيـم اما حدود معيـني را در محدوده رنج تعريـف شده همانند کانال‌هاي راديـويـي در يـک باند مخصوص ، را ميـ‌توانيـم داشته باشيـم .

حلقه قفل شده فاز:
يک حلقه قفل فاز يا حلقه قفل شده در فاز (Phase Locked Loop) (PLL) يک سيستم کنترلی الکترونيکی است ، که يک سيگنال قفل شده فاز متناسب با ورودی يا مرجع (reference) ، می‌سازد. PLL در يک فيدبک منفی مشترک توسط مقايسه خروجی «اسيلاتور کنترل شونده با ولتاژ (VCO)» و ورودی فرکانس مرجع ، با آشکارساز فاز ، انجام می‌پذيرد. آشکارساز فاز برای هدايت فاز اسيلاتور، به سيگنال مرجع ورودی ، استفاده می‌شود. اين نوع از مدارات بطور گسترده در راديو ، ارتباطات مخابراتی ، کامپيوترها و ديگر کاربردهای الکترونيکی استفاده می‌شود ، که به اين ترتيب است :
ساخت يک يا چند فرکانس، که از لحاظ پايداری و ثبات به فرکانس مرجع برسد.
o آشکارسازی يک فرکانس خاص.
o باز گرداندن يک کلاک يا کرير به حالت اول خود.
تــاريخچه:
تحقيقات اوليه در زمينه آنچه که به عنوان حلقه با فاز قفل شونده می‌شناسيم به سال ۱۹۳۲ بر می‌گردد، يعنی زمانی که محققان بريتانيايی برای گيرنده سوپر هترودين Edwin Armstrong، روش ديگری ، يعنی هوموداين را توسعه دادند در سيستم هوموداين يا سينکروداين يک اسيلاتور محلی به فرکانس مطلوب توان ورودی تنظيم شده و با سيگنال ورودی چند برابر می‌گردد. سيگنال خروجی حاصله شامل اطلاعات اصلی مدولاسيون صوتی می‌باشد. قصد ما اين بود تا يک مدار گيرنده متناوبی را توسعه دهيم که به مدارهای ميزان شده کمتری نسبت به گيرنده سوپر هترودين نياز دارد. چون اسيلاتور محلی سريعا" از فرکانس خود خارج می‌شود برای اسيلاتور يک سيگنال (پيام) تصحيح خودکار تا آن را به مانند سيگنال مطلوب ، در فاز و فرکانس يکسان ، نگه دارد. اين تکنيک در سال ۱۹۳۲ در مقاله‌ای توسط H.de Bellescise در مجله فرانسوی Onde Electriqu توصيف شد.

ساخـتـار و عـملـکرد:
مکانيزم‌های حلقه با فاز قفل شونده می‌تواند به عنوا ن مدارهای آنالوگ يا ديجيتالی اجرا شود. هر دو از اين اجراها ، ساختار پايه‌ای يکسانی را بکار می‌برند.

بلوک دياگرام:
هر دو مدار PLL آنالوگ و ديجيتال سه قسمت اصلی دارند:
• يک آشکارساز فاز
• يک اسيلاتور الکترونيکی متغير
• يک مسير فيدبک (اغلب شامل يک تقسيم کننده فرکانس است)