مذبذب التحكم في الجهد VCO

تُعد “VCOs” جزءاً مهماً من حلقة مغلقة الطور “PLL” وهي عبارة عن نظام تحكم يولد إشارة ذات علاقة ثابتة بمرحلة الإشارة “المرجعية”، كما أنّ “PLLs” لها مجموعة متنوعة من الاستخدامات في الراديووالاتصالات السلكيةواللاسلكية وأجهزة الكمبيوتر والتطبيقات الإلكترونية الأخرى، حيث يمكن أن يكون لـ “VCOs” أيضاً استخدامات أخرى في تعديل التردد والطور، ولها تطبيقات مثل مولدات الوظائف والمُركِّبات.

ما هو مذبذب التحكم في الجهد VCO؟

مذبذب متحكم في الجهد “VCO”: هو المذبذب الذي يكون فيه التردد اللحظي الناتج للمذبذب يتم التحكم فيه بواسطة جهد الدخل، كما إنّه نوع من المذبذب الذي يمكن أن ينتج تردد إشارة ناتج على نطاق واسع أي بضع مئات هيرتز من جيجا هيرتز اعتماداً على جهد الدخل المستمر المعطى له.

• “VCO” هي اختصار لـ “Voltage Controlled Oscillator”.

• “PLL” هي اختصار لـ “Phase Locked Loops”.

التحكم في التردد في مذبذب التحكم في الجهد:

يتم استخدام العديد من أشكال “VCOs” بشكل عام، ويمكن أن يكون مذبذب “RC” أو نوع هزاز متعدد أو “LC” أو نوع مذبذب بلوري، ومع ذلك إذا كان من نوع مذبذب “RC” فسيكون تردد التذبذب لإشارة الناتج متناسباً عكسياً مع السعة كما أنّ:

F= 1 / (2π R C)

أمّا في حالة مذبذب “LC” سيكون تردد التذبذب لإشارة الناتج:

F= 1 / (2π (L C) )

لذلك يمكن أن يُعتبر أنّه مع زيادة جهد الإدخال أو جهد التحكم تقل السعة، ومن ثم فإنّ جهد التحكم وتواتر التذبذبات متناسبان بشكل مباشر، أي عندما يزيد أحدهما يزيد الآخر.

يمثل الشكل السابق طريقة العمل الأساسي للمذبذب المتحكم فيه بالجهد، كما أنّه في جهد التحكم “nom” الذي يمثله “VC nom”، يعمل المذبذب في تشغيله الحر أو التردد العادي “fC nom”، ونظراً لانخفاض جهد التحكم عن الجهد الاسمي ينخفض ​​التردد أيضاً، وكلما زاد جهد التحكم الاسمي يزداد التردد أيضًا.

يتم تنفيذ الثنائيات “varactors” وهي ثنائيات متغيرة السعة وهي متوفرة في نطاق السعة المختلفة للحصول على هذا الجهد المتغير، أمّا بالنسبة لمذبذبات التردد المنخفض يتم تغيير معدل شحن المكثفات باستعمال مصدر تيار متحكم فيه الجهد للوصول إلى الجهد المتحول.

• “RC” هي اختصار لـ “resistor capacitor”.

• “LC” هي اختصار لـ “Inductance Capacitance”.

أنواع مذبذب التحكم في الجهد:

يمكن تصنيف VCOs بناءً على شكل الموجة الناتج:

أولاً: المذبذبات التوافقية:

الشكل الموجي الناتج عن المذبذبات التوافقية هو جيبي، كما يمكن أن يُشار إلى هذا غالباً باسم مذبذب خطي يتم التحكم فيه، والأمثلة على ذلك هي مذبذبات “LC” و”Crystal”، كما تتنوع سعة الصمام الثنائي المتغير حسب الجهد الموجود عبر الصمام الثنائي، وهذا بدوره يغير سعة دارة “LC”.

ومن ثم فإنّ تردد النواتج سوف يتغير، حيث أنّ المزايا لهذا النوع هي استقرار التردد مع الإشارة إلى مصدر الطاقة والضوضاء ودرجة الحرارة والدقة في التحكم في التردد، أمّا العيب الرئيسي هو أنّ هذا النوع من المذبذبات لا يمكن تنفيذه بسهولة على دوائر متكاملة متجانسة.

ثانياً: مذبذبات الاسترخاء:

الشكل الموجي الناتج عن المذبذبات التوافقية هو سن المنشار، كما يمكن أن يعطي هذا النوع نطاقاً كبيراً من التردد باستخدام كمية مخفضة من المكونات، كما يمكن استخدامه بشكل أساسي في الدوائر المتكاملة المتجانسة، حيث يمكن أن تمتلك مذبذبات الاسترخاء الهيكلية التالية:

• حلقة “VCOs” القائمة على التأخير.

• مكثف مؤرض” VCOs”.

• باعث اقتران “VCOs”.

كما أنّه في حلقة “VCO” المستندة إلى التأخير يتم ربط مراحل الكسب معاً في شكل حلقة، وكما يوحي الاسم فإنّ التردد مرتبط بالتأخير في كل مرحلة على حدة، كما يعمل النوعان الثاني والثالث من “VCOs” بشكل مشابه تقريباً، حيث ترتبط الفترة الزمنية المستغرقة في كل مرحلة ارتباطاً مباشراً بوقت شحن وتفريغ المكثف.

مبدأ العمل لمذبذب التحكم في الجهد الكهربائي VCO:

يمكن تصميم دوائر “VCO” عن طريق العديد من المكونات الإلكترونية للتحكم في الجهد مثل الصمامات الثنائية المتغيرة والترانزستورات والمضخات التشغيلي وما إلى ذلك.

سيكون شكل الموجة الناتج من “VCO” موجة مربعة، كما إنّ تردد الناتج مرتبط بجهد التحكم، حيث في هذه الدائرة سيعمل أول “Op-amp” كمتكامل، كما يتم تنفيذ ترتيب مقسم الجهد هنا، وبسبب هذا يتم إعطاء نصف جهد التحكم المعطى كمدخل للطرف الموجب لـ “Op-amp 1″، كما يتم الحفاظ على نفس مستوى الجهد عند الطرف السالب، وهذا للحفاظ على انخفاض الجهد عبر المقاوم “R1” كنصف جهد التحكم.

عندما تكون “MOSFET” في حالة جيدة يمر التيار المتدفق من المقاوم “R1” عبر “MOSFET”، ولدى “R2” نصف المقاومة ونفس انخفاض الجهد وضعف التيار مثل “R1″، لذا فإنّ التيار الإضافي يشحن المكثف المتصل، كما يجب أن يوفر “Op-amp 1” جهد ناتج متزايد تدريجياً لتزويد هذا التيار.

عندما تكون “MOSFET” في حالة إيقاف التشغيل يمر التيار المتدفق من المقاوم “R1” عبر المكثف ويتم تفريغه، كما سينخفض ​​جهد الناتج من “Op-amp 1” في هذا الوقت، ونتيجةً لذلك يتم إنشاء شكل موجة مثلث كإخراج لـ “Op-amp 1″، وسيعمل “Op-amp 2” كمشغل “Schmitt”، والمدخلات إلى “Op-amp” هذا عبارة عن موجة مثلثة وهي ناتج “Op-amp 1”.

حيث إذا كان جهد الإدخال أعلى من مستوى العتبة فإنّ الناتج من “Op-amp 2” سيكون “VCC”، وأمّا إذا كان جهد الدخل أقل من مستوى العتبة، فسيكون الصادر من “Op-amp 2” صفراً، لذلك سيكون ناتج “Op-amp 2” عبارة عن موجة مربعة، ومثال على “VCO” هو “LM566 IC” أو “IC 566″، حيث إنّها في الواقع دائرة متكاملة ذات “8 سنون” يمكن أن تنتج موجات مزدوجة أي موجة مربعة وموجة مثلثة، والدائرة الداخلية ممثلة تالياً.

ملاحظة:“Op-amp” هي اختصار لـ “Operational Amplifier”.

ملاحظة:“MOSFET” هي اختصار لـ “Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor”.

تطبيقات مذبذب التحكم في الجهد VCO:

• وظيفة المولد.

• الحلقة المقفلة.

• مولد لهجة.

• مفتاح تحويل التردد.

• تعديل التردد.

آلية عمل مذبذب الجهد الكهربائي VCO:

تعمل المذبذبات عن طريق نقل الطاقة ذهاباً وإياباً من شكل إلى آخر، كما تتمثل إحدى طرق القيام بذلك في دائرة “LC”، حيث تنتقل الطاقة بين المحرِّض “L” والمكثف “C”، كما يخزن المكثف الطاقة في شكل مجال كهربائي بين ألواحه وتفريغه من خلال المحرِّض، والذي يخزن بعد ذلك تلك الطاقة في شكل مجال مغناطيسي.

وبعد ذلك يقوم الحث بشحن اللوحة الأخرى للمكثف وتبدأ العملية مرة أخرى، ولكن مع تدفق التيار الآن في الاتجاه المعاكس، والتردد الذي يحدث عنده هذا التذبذب هو تردد الرنين والذي يتناسب عكسياً مع “LC√”، كما يمكن إنشاء مذبذب يتم التحكم فيه بالجهد باستخدام الصمام الثنائي المتغير كمكثف يتم التحكم فيه بالجهد، ومع تغير جهد التحيز العكسي عبر الصمام الثنائي المتغير تتغير سعته وبالتالي يتغير تردده.