Was ist ein spannungsgesteuerter Oszillator?
Ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) verwendet eine Eingangsspannung, um seine Oszillationsfrequenz zu bestimmen. Dies kann die Eingabe von Gleichstrom (DC) mit einer festen Spannung umfassen, um eine Schwingung mit einer festen Frequenz zu erzeugen. Ein spannungsgesteuerter Oszillator kann auch eine sich ändernde Spannung empfangen, um eine Schwingung mit einer modulierten Frequenz zu erzeugen. Einige Oszillatoren dieses Typs haben einen digitalen Impulsausgang, der Impulse mit einer modulierten Breite erzeugen kann. Ein VCO kann je nach Art der von ihm erzeugten Wellenform als harmonischer Oszillator oder Relaxationsoszillator klassifiziert werden.
Harmonische Oszillatoren erzeugen Wellenformen mit sinusförmigen Formen. Diese Art von spannungsgesteuertem Oszillator muss einen Verstärker enthalten, der das Signal zur Quelle der Eingangsspannung zurückkoppelt, wodurch eine Resonanzfrequenz erzeugt wird, die eine positive Verstärkung um die Rückkopplungsschleife erzeugt und die sinusförmige Wellenform erzeugt. Ein harmonischer Oszillator kann auch eine Varaktordiode enthalten, die einen Teil der Kapazität für den Resonanzkreis liefert. Die Schwingungsfrequenz kann dann entsprechend dem Spannungseingang der Diode variiert werden.
Ein Relaxationsoszillator erzeugt eine Wellenform mit einer dreieckigen Form. Dieser Typ eines spannungsgesteuerten Oszillators enthält drei Untertypen, einschließlich eines emittergekoppelten Oszillators, eines Oszillators mit geerdetem Kondensator und eines verzögerungsbasierten Ringoszillators. Die zum Laden des Kondensators benötigte Zeit bestimmt die Oszillationsfrequenz für den emittergekoppelten Oszillator und den Oszillator mit geerdetem Kondensator. Die Oszillationsfrequenz des verzögerungsgekoppelten Oszillators hängt von der Zeit ab, die der Oszillator benötigt, um jede Erhöhung der Verstärkung zu erreichen.
Spannungsgesteuerte harmonische Oszillatoren haben eine größere Frequenzstabilität als Relaxations-VCOs bei Änderungen von Rauschen, Stromversorgung und Temperatur. Die Frequenzsteuerung ist auch bei einem harmonischen VCO besser, da dieser Typ eine separate Schaltung zur Steuerung der Frequenz verwendet. Der Hauptvorteil eines Relaxations-VCO ist seine Fähigkeit, über einen breiteren Frequenzbereich als den harmonischen Typ abgestimmt zu werden. Ein Relaxations-VCO ist auch besser zur Verwendung in integrierten Schaltkreisen geeignet.
Ein spannungsgesteuerter Oszillator verwendet häufig einen spannungsgesteuerten Kondensator, um die Ausgangsfrequenz zu steuern. Dieser Kondensatortyp enthält eine Halbleiterdiode mit einer Kapazität, die von ihrer Spannung abhängt. Die Ausgangsfrequenz des Oszillators kann dann durch Ändern der Eingangsspannung der Diode gesteuert werden. Ein spannungsgesteuerter Kondensator ist ein bequemes Verfahren zum Steuern der Ausgangsfrequenz eines hochfrequenten VCO, da spannungsgesteuerte Kondensatoren in einem weiten Bereich von Kapazitäten leicht verfügbar sind. Ein Niederfrequenz-VCO verwendet typischerweise eine spannungsgesteuerte elektrische Stromquelle, um die Ausgangsfrequenz zu variieren.