Esquema do oscilador controlado por tensão

Como o nome sugere, um oscilador controlado por tensão ou um circuito VCO é um circuito oscilador cuja frequência de saída pode ser controlada ou variada por meio de uma entrada de tensão de controle ajustável. Isso significa que, se a tensão de controle de entrada aumentar, a frequência de saída aumentará proporcionalmente e vice-versa.

Se a tensão de controle varia continuamente para cima e para baixo, então a frequência de saída também aumentará e diminuirá correspondentemente, em resposta à amplitude variável dos níveis de tensão de controle.

Assim como qualquer outro circuito VCO , no circuito discutido abaixo, a frequência de saída é determinada pelo nível da tensão de controle aplicada.

Principais características

  • A principal vantagem desse projeto VCO é que ele vem com uma ampla faixa de tensão de controle, que se estende desde 0 V até o limite máximo de tensão de alimentação positiva. O nível da fonte de alimentação pode ser qualquer coisa de + 3V a +25 V.
  • Além disso, este oscilador controlado por tensão (VCO) é projetado para gerar sinais de saída triangulares e de onda quadrada.

Apenas os grandes pontos pretos indicam uma conexão entre as linhas que se cruzam

Dito isso, o usuário deve ter cuidado ao trabalhar com entradas de baixa tensão e garantir que o nível de tensão de saída mais alto seja pelo menos 1,5 V menor do que a entrada de alimentação.

Como funciona o circuito

O circuito funciona usando a teoria do ‘integrador / comparador'. O capacitor C1 forma a parte do integrador (projetado em torno do opamp A1) e é carregado usando uma fonte de corrente constante, conforme determinado pelo nível instantâneo da tensão de controle aplicada.

Como resultado, a tensão de saída A1 cai linearmente. A saída do comparador (construída usando A2) muda de estado e o transistor T1 começa a conduzir assim que o limite de comutação inferior do comparador é atingido. Nesse ponto, o capacitor C1 é descarregado, fazendo com que a saída A1 aumente (novamente, essa tensão crescente é linear por natureza). A ação se repete no momento em que a saída A1 se estende até o limite de comutação superior do comparador, e isso DESLIGA T1.

O ciclo de trabalho da frequência controlada da tensão de saída será CINQUENTA POR CENTO se os valores de R2 e R3 forem idênticos (R2 = R3) e quando o valor de R1 for duas vezes o de R4 (R1 = 2 x R4).

A relação entre os valores R9 e R10 torna-se responsável pelo nível da tensão de saída DC triangular. Com relação aos valores R9 / R10 mostrados no esquema, o nível triangular DC provavelmente será 1/2 da tensão de alimentação. O nível de saída de pico a pico pode ser determinado resolvendo a seguinte equação:

(Vpp) = R5 / (R5 + R6) x Vin

Tensão de controle, relação de tensão de alimentação

As características do oscilador controlado por tensão proposto ou do VCO usando um par de tensões de alimentação (comuns) podem ser testemunhadas no gráfico a seguir.

Quando ambas as entradas de alimentação são iguais (Vin = Vc) em magnitude, a frequência máxima que pode ser alcançada a partir do circuito pode ser aumentada ou diminuída selecionando correspondentemente o valor C1 mais baixo ou mais alto. Com relação à taxa de variação do opamp, o ângulo vertical do sinal de onda quadrada pode diminuir para as frequências mais altas.

Lista de Peças

  • R1, R5, R6 = 100K
  • R2, R3, R4 = 47K
  • R7, R8, R9, R10 = 10K
  • C1 = 47 nF
  • T1 = BC547
  • A1, A2 = LM358

VCO usando IC 555

Um pequeno oscilador controlado por tensão também pode ser construído usando o IC 555 resoluto e alguns outros componentes auxiliares, como mostrado abaixo:

O processo de descarga do capacitor C1 é controlado por tensão. Isso é implementado pelos pulsos de carga rápida controlados pelo transistor de descarga interna do IC2. Para entender o funcionamento, imagine que a saída do pino 3 do temporizador IC2 está inicialmente baixa e o pino 7 do transistor de descarga está ligado, puxando a corrente através de R6 para ativar o transistor TR3. Este transistor em particular mantém a base do transistor TR2 na tensão de alimentação positiva. Isso garante que ele está desligado.

O capacitor C1 pode, conseqüentemente, começar a descarregar via R4 com uma taxa determinada pela corrente do coletor TR1. Conforme a tensão em C1 cai para cerca de 1/3 do nível de tensão de alimentação, a saída do IC555 fica alta. Simultaneamente, o transistor de descarga junto com TR3 também é desligado, o que significa que a corrente através de R3 agora ativa TR2, que começa a carregar C1 via R4. Assim que a tensão em C1 atinge 2/3 da tensão de alimentação, IC2 mais uma vez muda de estado e o ciclo continua se repetindo. Uma propriedade de funcionamento dos transistores é tal que praticamente toda a corrente que vai para o lado do emissor sai do coletor. Uma pequena quantidade de corrente sai da base, no entanto, normalmente, isso é muito pequeno para ser considerado.

Devido ao fato de que a voltagem do emissor segue a voltagem da base aplicada, deduzindo a queda direta da base / emissor de cerca de 0,6 volts, esta saída de voltagem permite controlar a voltagem sobre o resistor do emissor R2 com este circuito. Como resultado, a tensão de base do transistor controla a corrente do coletor, dando origem a uma fonte de corrente controlada por tensão.

A tensão de controle pode ser aplicada diretamente na base do transistor TR1 para controlar a saída de frequência neste circuito. No entanto, se um amplificador operacional for empregado com o transistor, conforme exibido no próximo diagrama abaixo, então a voltagem em R2 pode seguir com precisão a voltagem de entrada, e o amplificador operacional começará automaticamente a compensar a queda de voltagem de base do emissor conforme bem como disparidades devido a mudanças de temperatura. A faixa de controle de frequência de saída resultante pode então começar de zero em vez de 0,6 volts.

Os cálculos necessários para projetar este circuito VCO baseado em IC555 podem ser tão fáceis quanto para os circuitos de frequência fixa simples, o que significa que apenas algumas regras devem ser seguidas. O resistor R4 deve ter valores relativamente baixos em comparação com o valor de R2. Deve haver sempre tensão suficiente em TR 1 para que funcione, portanto, a entrada não deve de forma alguma cruzar o valor de 1 V abaixo de 1/3 da tensão de alimentação. Este circuito oscilador controlado por tensão em particular é vulnerável a variações na tensão de alimentação, portanto, a alimentação deve ser estritamente regulada. Uma vez que a faixa de tensão de controle máxima é fixada, o período para o elemento de descarga de cada ciclo único pode ser calculado usando a fórmula:

t = (C x R x E) / V

Aqui, C representa o capacitor de temporização C1, R representa o resistor do emissor R2, E indica 1/3 do nível de alimentação e V representa a tensão em R2.

Ao resultado da expressão acima, temos que adicionar o tempo gasto para a parte de carregamento do ciclo:

t = 0,7 x C1 x R4

Os dois elemnts coletivamente fornecem o período completo para cada ciclo, portanto, como uma prática comum, seu inverso fornece a frequência equivalente. Com os valores das partes indicados com uma entrada de alimentação de 9 V, o circuito produz uma resposta de frequência de 0 Hz a aproximadamente 1 kHz de resposta de foin a uma tensão de controle de entrada entre 0 a 2 volts.

A frequência de saída é composta por pulsos positivos de 100us de largura, excelente para gerar uma ampla faixa de ruído em um pequeno alto-falante usando o mais básico dos estágios de buffer de saída, talvez apenas um estágio BJT. Usando C1 como um capacitor de 1 nF, ele fornece aproximadamente 9 kHz para exatamente a mesma faixa de tensão de entrada, usando pulsos de saída proporcionalmente mais curtos.

Quais Opamps são adequados

Lembre-se de que, no caso de um amplificador operacional ser empregado conforme indicado no diagrama de circuito VCO acima, ele deve ser de um tipo com entrada e saída avaliadas para funcionar até a tensão de alimentação negativa. O IC CA3140 conforme indicado é aceitável, algumas outras variantes possíveis podem ser o CA3130, ou um dos opamps do IC CA3240, LM358 ou LM324.

Vários outros transistores também podem funcionar muito bem em vez do mostrado no diagrama, desde que sejam montados com a polaridade adequada.

O uso prático deste circuito oscilador controlado por tensão IC 555 pode não ser extenso e pode ser restrito a trabalhos relacionados a áudio, mas o design é muito barato, direto e bastante estável com suas especificações.

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FONTE

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Nota: Este foi traduzido do Inglês para português (auto)

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