دانلود مقاله نوسان ساز کنترل شده با ولتاژ (VCO)

اختصاصی از حامی فایل دانلود مقاله نوسان ساز کنترل شده با ولتاژ (VCO) دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

ابواع نوسان سازها:
1) نوسان ساز های سیـنوسی
نوسان ساز های سیــــنوسی کاربرد گسترده ای در الکترونیک دارند. ایـن نوسان ساز ها منبع حامل فرستنده ها را تامیـن می کنند و بخشی از مبدل فرکانس را در گیـرنده های سوپر هیـترودیـن تشکیـل می دهند.نوسان ساز ها در پاک کردن وتولیـد مغناطیـسی در ضبط مغناطیـسی و زمانبندی پالسهای ساعت در کار های دیـجیـتال به کار می روند.بسیـاری از وسایـل اندازه گیـری الکترونیـکی مثل ظرفیـت سنج ها نوسان ساز دارند.
نوسان ساز های سیـنوسی انواع مختلفی دارند اما همه آنها از دو بخش اساسی تشکیـل می شوند:
اول : بخش تعیـیـن کننده فرکانس که ممکن است یـک مدار تشدیـد یـا یـک شبکه خازن مقاومتی باشد.مدار تشدیـد بسته به فرکانس لازم می تواند ترکیـبی از سلف و خازن فشرده طولی ازخط انتقال یـا تشدیـد کننده حفره ا ی باشد.البته شبکه های خازن مقاومتی فرکانس طبیـعی ندارند ولی می توان از جابه جایی فاز آنها برای تعیـیـن فرکانس نوسان استفاده کرد.

نوسان ساز های سیـنوسی کاربرد گسترده ای در الکترونیـک دارند.ایـن نوسان ساز ها منبع حامل فرستنده ها را تامیـن می کنند و بخشی از مبدل فرکانس را در گیـرنده های سوپر هیـترودیـن تشکیـل
میدهند.
نوسان ساز ها در پاک کردن وتولیـد مغناطیـسی در ضبط مغناطیـسی و زمانبندی پالسهای ساعت در کار های دیـجیـتال به کار می روند .بسیـاری از وسایـل اندازه گیـری الکترونیـکی مثل ظرفیـت سنج ها نوسان ساز دارند.
دوم: بخش نگهدارنده که انرژی را به مدار تشدیـد تغذیـه می کند تا آن را در حالت نوسان نگه دارد.بخش نگه دارنده به یـک تغذیـه نیـاز دارد. در بسیـاری از نوسان ساز ها ایـن قسمت قطعه ای فعال مثل یـک ترانزیـستور است که پالسهای منظمی را به مدار تشدیـد تغذیـه می کند.
شکل دیـگری از بخش نگهدارنده تشدیـد نوسان ساز یـک منبع با مقاومت منفی یـعنی قطعه یـا مداری الکترونیـکی است که افزایـش ولتاز اعمال شده به آن سبب کاهش جریـان آن می شود. قطعات نیـمه رسانا یـا مدار های متعددی وجود دارند که دارای چنیـن مشخصه ای هستند.
2)نوسان ساز های فیـد بک مثبت :
به طور کلی هر سیـستم دارای ورودی و خروجی می باشد حا لا اگر بنا به هر علتی مقداری از خرو جی را با ورودی ها ترکیـب کرده و وارد یـک سیـستم کنیـم به ایـن کار فیـد بک گفته می شود که کار برد های فراوانی در دنیـای تکنولوژی دارد برای نمونه از فیـد بک برای کنترول فرایـندیک سیستم استفاده
می شود مثلاَ در هنگام راه رفتن شما یـک سیـستم خیـلی مدرن هستیـد که اطلاعات را با چشم خود گرفته و به مغز می فرستیـد ودر آنجا پردازش شده تصمیـم می گیـریـد که چه کار کنیـد اما در مورد
فیـد بک مثبت با یـد بگویـم که دو نوع فیـد بک را می توان در نظر گرفت منفی و مثبت.
در فیـد بک مثبت که یـک مثال جالب از آن را در بالا برایـتان بیـان کردم هدف اغلب کنترول یـک فرایـند است یـک مثال دیـگر فرض کنیـد یـک ظرف از مایـعی که در حال جوشیـدن است در تماس با یـک منبع گرما مثل شعله گاز قرار دارد با گرم شدن بیـش از حد مایـع از ظرف بیـرون می ریـزد وآتش را کم می کند و دمای مایـع را کاهش می دهد و با کاهش دمای ما یـع آتش دوباره احیـا می شود و مایـع دو باره گرم شده وسر ریـز می کند و دوباره ... اما در فیـد بک مثبت خرو جی به ورودی اضافه می شود و از
فیـدبک مثبت به همیـن دلیـل برای تشدیـد استفاده می شود همان مثال قبل را در نظر بگیـریـد با یـک مایـع آتشزا ایـن بار با گرم شدن مایـع و سر ریـز آن آتش شدیدتر می شود وهمیـن طور تا آخر.
نکته مهم ایـن است که در دنیـای مادی همه چیـز روبه میـرایـی و مردن میـرود و چیـز هایـی مثل اصطکاک همیـشه(بعضی موقع های بیـشتر)مزاحم هستند در باره نوسان هم میـرایـی باعث کاهش دامنه نوسان و از بیـن رفتن آن می شود بنا برایـن از فیـد بک مثبت برای جبران ایـن میـرایـی استفاده
می کنیـم.
انواع مختلفی از نوسان ساز ها که از فیـد بک مثبت استفاده می کنند وجود دارد.
3)نوسان ساز هارتلی:
ایـن نوسان ساز نمونه ای از نوسان ساز های فرکانس پایـیـن است که با استفاده از مدار فرکانس را تعیـیـن می کند و یـک ترانزیـستور نیـز تامیـن کننده پالس های نگه دارنده است. مدار شکل زیـر یـک تقویـت کننده امیـتر مشترک را نشان می دهد که مدار بیـن کلکتور و بیـس آن متصل شده است سر وسط سلف به طور موثر به امیـتر متصل شده است (مقاومت منبع تغذیـه برابر صفر فرض می شود).
تقویـت کننده امیـتر مشترک سیـگنال ورودی خود را معکوس می کند و سیـگنال خروجی آن با سر وسط زمیـن شده سلف قبل از اعمال به بیـس معکوس می شود. در نتیـجه در ایـن مدار ورودی را خود تقویـت کننده تا میـن می کند. یـعنی فیـد بک مثبت قابل تو جهی که وجود دارد باعث ایـجاد نوسان می شود و دامنه سیـگنال (در فر کانس تشدیـد ) به سرعت افزایـش می یـابد.
پالسهای ناشی از جریـان بیـس را پر می کنند در نتیـجه جهت ولتاژ تو لیـد شده بیـس را به طور منفی بایـاس می کند با افزایـش دامنه سیـگنال ولتاز دو سر نیـز زیـاد می شود تا به حالت تعادل بر سد. حالت تعادل زمانی روی می دهد که اتلاف مدار ناشی از بار شدن خروجی مقاومت اهمی و جریـان بیـس با انرژی وارد شده از کلکتور به ایـن خازن برابرشود.
در ایـن شرایـط نهایـی ترانزیـستور می تواند به خوبی در بیـشتر قسمتهای سیـکل قطع باشد ودر هر قله مثبت بیـس پالس ناگهانی به جریـان بیـس و (جریـان کلکتور)اعمال شود. در فاصله زمانی بیـن دو قله متوالی از طریـق شروع به تخلیـه می کند.
اما اگر یـک ثابت زمانی در مقایـسه با زمان تناوب نوسان بزرگ باشد مقدار کمی از ولتاژ دو سر در ایـن فاصله زمانیـ از بیـن می رود و می توان را به عنوان یـک منبع ثابت بایـاس منفی در نظر گرفت . در بسیـاری از نوسان ساز ها از ایـن روش بایـاس کردن استفاده می شود.
ایـن روش دارای مزیـت جبران سازی برای هر گونه افت دامنه نوسان در اثر افزایـش بار خروجی یـا افت ولتاژ منبع تغذیـه است.کاهش دامنه نوسان باعث کاهش بایـاس می شود به طوری که ترانزیـستور پالس های جریـان بزرگتری برای ثابت نگه داشتن دامنه می گیـرد.
4)نو سان ساز کلپیـتس :
نکته مهم در شکل بالانیـاز به وجود سه اتصال میـان مدار تنظیـم شده و ترانزیـستور برای ایـجاد فیـد بک مثبت است. امیـتر به سر وسط سلف متصل می شود ولی می توان آن را به صورت معادل با استفاده از دو خازن برابر به طور سری مانند شکل بعد به شاخه خازنی مدار متصل کرد.در ایـن نوسان ساز از یـک فت اتصالی با مقاومت در مدار دریـن استفاده شده و مدار با خازن به در یـن متصل شده است.
بنا بر ایـن مدار بر خلاف تغذیـه مستقیـم شکل اول به طور موازی تغذیـه می شود.
خازن های تعیـیـن کننده فرکانس و با خازن های ورودی و خروجی ترانزیـستور موازی هستند و در نتیـجه ایـن خازنها در تعیـیـن فر کانس نوسان نیـز تاثیـر دارند. با بزرگتر کردن و تا حد امکان تاثیـر ایـن خازنها به حداقل می رسد.از سوی دیـگر اگربه نوسانی با فر کانس بالا نیـاز باشد خازنهای تنظیـم بایـد خیـلی کوچک باشند.
در ایـن موارد می توان از خازنهای ورودی و خروجی ترانزیـستور استفاده کرد. یـک خازن متغیـیـر کوچک مانند شکل سوم برای تنظیـم به دو سر سلف متصل می شود. در ایـن مدار نیـز که با پالسهای جریـان گیـت شارژ و از طریـق تخلیـه می شود به طور خود کار بایـاس لازم را تامیـن می کند. برای آنکه امکان زمیـن شدن سر متغیـیـر خازن (و در نتیـجه بیـس ترانزیـستور) وجود داشته باشد یـک چوک با امپدانس زیـاد در فر کانس کار به مدار امیـتر افزوده می شود.
هر سه نوسان ساز بالا که شرح دادم در کلاس برای دامنه های نوسان بزرگ عمل می کنند. برای به دست آوردن شکل موج سیـنوسی خروجی را بایـد از مدار گرفت. مثلا با سیـم پیـچی که مانند شکل اول و دوم به طور القایـی به مدار متصل می شود.اگر خروجی از خود ترانزیـستور گرفته شود مثلا از مقاومتی در مدار امیـتر یـا سورس قطار پالسی با فر کانس تکراری برابر با فرکانس تشدیـد به دست می آیـد.

5)نوسانساز رایـــنارتز:
ایـن نوسان ساز چون زیـاد در گیـرنده های ترانزیـستوری استفاده می شود بایـد حتما در بارش
می نوشتم.در ایـن مدار فیـد بک مثبت با اتصال مدار کلکتور به مدار امیـتر با القای متقابل وتامیـن میشود. و هر دوبه مدار تعیـیـن کننده فرکانس نیـز متصل هستند.
ایـن نوسان ساز به روش تقسیـم ولتاژ پایـدار می شود ولی همانطور که نشان داده شده است اثر بازوی پایـیـنی مقسم ولتاژ بایـد با خازن کم مقاومتی خنثی شود تا سیـگنال تولیـد شده در دوسرمستقیـما بیـن بیـس و امیـتر اعمال شود . در نگاه اول به نظر می رسد که بخش تعیـیـن کننده فرکانس در نوسان ساز رایـنرتز چهار اتصال دارد ولی اتصال مثبت و منفی منبع تغذیـه در واقع مشترک هستند زیـرا امپدانس منبع در فرکانس نوسان ناچیـز است یـا بهتر است که چنیـن باشد.
6) نوسان سازهای مقاومت منفی:
همان طور که گفته شد اگر یـک مدار تشدیـد به منبعی با مقاومت منفی مناسب متصل شود نوسان خواهد کرد. که تفاوت آن با نوسان ساز هایـی که قبلا گفته شد ایـن است که تنها به دو اتصال به بخش تعیـیـن کننده فرکانس نیـاز دارد.منظور از مقاومت منفی قطعه ای است که مشخصه انقالی آن (نمودار ولتاژ _جریـان) حد اقل در یـک محدوده ی کو چک شیـب منفی داشته باشد یـعنی با افزایـش ولتاژ لا اقل در بعضی از ناحیـه های ولتاژی جریـان آن کاهش یـابد و یـا با افزایـش جریـان ولتاژ آن کاهش یـابد. ایـن عنصر می تواند یـک قطعه خواص یـا یـک مدار باشد.
برای استفاده از یـک مقاومت منفی در یـک نوسان ساز از ایـن نوع بایـد مقدار مقاومت منفی برابر مقدار مقاومت مثبت مدار تشدیـد متصل به آن باشد.
چون اصولا چیـزی که باعث میـرایـی دامنه نوسان می شود مقاومت مثبت است برای جبران این میرایی یـک عنصر مطلوب مثل مقا ومت منفی را داریـم که اثر میـرایـی مقاومت مثبت را از بیـن می برد.

دیـود تونل:
یـکی ازقطعات نیـمه رسانا که مشخصه اش یـک مقاومت منفی را نشان می دهد دیـود تونل است . ایـن قطعه یـک دیـود است که غلظت ناخالصی درآن بسیـار زیـاد وپیـوند آن بسیـارنازک است. شکست در دیـود تونل در مقاذیـر بایـاس معکوس خیـلی پایـیـن اتفاق می افتد و در نتیـجه ناحیـه ی مقاومت معکوس زیـاد وجود ندارد. شیـب منفی در بایـاس مستقیـم کم معمولا بیـن 0.1 تا 0.3 ولت ایـجاد
می شود. (ایـن مشخصه مفیـد می باشد) به دلیـل نفوذ در سد پتانسیـل در پیـوند با الکترونــهایـی که انرژی کافی برای عبور از ایـن سد ندارند به وجود می آیـد.
ایـن اثر معروف به اثر تونل در فیـزیـک کلاسیـک غیـر قابل توجیـه است ولی با مکانیـک کوانتومی قابل توضیـح است . دیـود های تونل را می توان باظرفیـت خیـلی کمی تولیـد کرد و نوسان ساز هایـی که با آن کار می کنند در فرکانسهای چند مگا هرتزی قابل ساخت هستند برای به دست آوردن بیـشتریـن مقدار خروجی (یـا همان به قول دانشجویـان متعال برق ماکزیـمم سویـیـنگ متقارن) بایـد نقطه کار در وسط ناحیـه مقاومت منفی قرار داده شود واضح است که دامنه خروجی کمتر از یـک ولت می باشد.
7) نوسان ساز پوش_ پول:
مشخصه مقاومت منفی را می توان از یـک مدار دو ترانزیـستوری نیـز به دست آورد. نمونه ایـن مدار در شکل زیـر نشان داده شده است که اساس آن از یـک مولتی ویـبراتور استابل تشکیـل می شود.
اگر ترکیـب وجود نداشته باشد شکل موج مربعی خروجی در هر دو کلکتور تولیـد خواهد کرد و ترانزیـستورها به طور متناوب بیـن قطع و اشباع تغیـیـر وضعیـت خواهند داد. وجود مدار تنظیـم شده ایـن عملکرد را اصلاح می کند زیـرا سلف در فرکانس های پایـیـن مسیـری با امپدانس کم میـان کلکتور ها ایـجاد می کند در حالی که خازنها ایـن کار را در فرکانس های بالا انجام می دهند که هر دو عملکرد معمولی مولتی ویـبراتور را تحت تاثیـر قرار خواهد داد عملکرد مدار منطبق بر فرکانس تشدیـد مدار تنظیـم شده است که در آن مدار تنظیـم شده بیـشتریـن امپدانس را دارد و در نتیـجه خروجی مدار سیـنوسی است در ایـن فرکانس مقاومت موثر میـان کلکتورها تقریـبا برابر است که قابلیـت هدایـت متقابل ترانزیـستور ها و تضعیـف مدار های تزویـج میـان ترانزیـستور هاست .
یـکی از ایـن مدار های تزویـج است ولی با خازن ورودی موازی است و ایـن امر می تواند در تضعیـف مدار تاثیـر بگذارد . برای ایـجاد نوسان بایـد مقاومت دیـنامیـکی مدار بیـشتر از باشد.

اسیـــلاتور کنترل‌شده با ولتاژ:
اسیــلاتور کنترل شده با ولتاژ یـــا VCO مخفف voltage control osilatorاست که یـــک اسیــلاتور الکترونیـکی است و به جهت کنترل فرکانس نوسان توسط ولتاژ ، طراحی شده ‌است .
فرکانس نوسان یـــا سرعت تکرار در ثانیـــه متناسب با ولتاژ DC ورودی ، تغیــیــر میکند ، پس وقتی سیـــگنال پیـــام را به VCO دهیـــم مدولاسیـون فرکانس (FM) ، مدولاسیـون فاز (PM) و مدولاسیـــون پهنای پالس (PWM) را میـ‌توانیـم ، بدست آوریـم .
کنترل فرکانس در VCO:
در فرکانس‌های بالا ، عنصر کنترل شونده با ولتاژ ، عموماً دیـــود واراکتور است که به قسمتی از مدار تانک اسیـــلاتور LC ، متصل است .در فرکانس‌های پایـــیـــن ، دیـــگر روش‌های تغیـــیـــر فرکانس همچون دگرگونی در سرعت شارژ خازن ، یـــعنی منبع جریـــان کنترل شونده با ولتاژ ، استفاده میـ‌شود .

اسیلاتورهای کریستالی:
اسیلاتورهای کریستالی ، بلورهای کوارتز پیزو الکتریک هستند که بطور مکانیکی بین دو شکل با تفاوت جزئی ، نوسان می‌کنند. بلورها ضریب مرغوبیت (Q) خیلی بالایی دارند و فقط می‌توانند در دامنه کوتاهی از فرکانس‌ها ، کنترل شوند. اسیلاتورهای کریستالی به عنوان مرجع فرکانس در PLLهای دیگر بکار می‌روند و تقریبا" در هر دستگاه الکترونیک مصرف کننده ، یافت می‌شوند. چون این کریستال یک مؤلفه off-chip به شمار می‌رود ، که بعضی هزینه‌ها و پیچیدگی را به طرح سیستم اضافه می‌کند ، اما کریستال به خودی خود ، کم خرج و ارزان است.
اسیـــلاتور کریـــستالی کنترل شونده با ولتاژ:
و اما از همه مهمتر که حتما بایـد در باره ا ش بدانیـد ایـن مورد است چون در بعضی کاربرد ها لازم که نوسان ساز پایـداری فرکانسی زیـادی داشته باشد یـعنی یـک فرکانس ثابت را بدون وابستگی به عوامل دیـگر تولیـد کند مثل منبع موج حامل در فرستنده ها اگر کنترل تلویـزیـون را دیـده باشیـد احتمالا یـک قطعه مکعبی زرد رنگ(کریـستال) را در آن دیـده ایـد یـا مدار تلویـزیـون یـا بعضی رادیـو ها واز دیـگر جاهایـی که ایـن نوسان ساز به کار می رود منابع تولیـد کننده پالسهای ساعت در کامپیـوتر ها و سیـستم های دیـجیـتال است .
روش رایـج برای به دست آوردن پایـداری فرکانسی لازم استفاده از کریـستال پیـزوالکتریـک برای کنترل فرکانس نوسان است .چنیـن کریـستالهایـی (بسته به ابعاد و شکلشان) دارای فرکانس تشدیـد طبیـعی هستند در عمل کریـستال بیـن دو صفحه فلزی نصب می شود که اتصال الکتریـکی با کریـستال را ایـجاد می کند . را ه های متعددی برای اتصال کریـستال به مدار نوسان ساز وجود دارد.
که یـک نمونه از آن در شکل بعدی آمده است در ایـن شکل کریـستال بیـن کلکتور و بیـس ترانزیـستور وصل شده تا نوسان ساز کلپیـتس را تشکیـل دهد . خازنهای داخلی کلکتور بیـس و بیـس امیـتر فیـد بک مثبت را تامیـیـن می کنند. مدار کلکتور نیـازی به تنظیـم ندارد سیـم پیـچ ثانویـه ترانسفور ماتور نقطه ی خروجی را ایـجادمی کند.
یـــک اسیــلاتور کریــستالی کنترل شونده با ولتاژ (VCXO) زمانی استفاده میـ‌شود که ، فرکانس کار به مقدار تنظیــمات نسبی کوچک (مقدار دقیـــق فرکانس یــا فاز اسیـــلاتور بسیــار حیــاتی باشد) یـــا با اعمال یــک ولتاژ متغیــر در ورودی کنترلی اسیــلاتور ، می‌خواهیـــم ، تداخلات رادیـــو فرکانسی را بر روی یــک رنج فرکانسی برای رفع ایــراد ، حذف کنیــم .
اسیـلاتور‌هایـی هستند که بر روی رنج‌های فرکانسی پهناور کار میکنند . اسیــلاتور‌های متغیــیــر فرکانس (VFOs) ، به وسیـــله مقدار یــکی از مدارات تعیــیــن کننده فرکانس ، فرکانس خود را تغیــیــر میـ‌دهند .
یــک اسیـلاتور کنترل شونده با ولتاژ (VCO) یـکی از عناصر تعیــیــن کننده فرکانس است که به صورت الکتریــکی کنترل میـ‌شود .

کاربردهای VCO:
VCOها در مواردی همچون زیــر استفاده میـ‌شوند :
• فانکشن ژنراتور
• برای تغیــیــر تن موزیـــک در تهیــه موزیــک الکترونیــکی
• حلقه فاز قفل شونده (PLL)
• در مدارات مخابراتی سیــنتی سایــزر و موبایــل

کنترل فرکانس در VCO :

در فرکانس‌های بالا ، عنصر کنترل شونده با ولتاژ ، عموماً دیـــود واراکتور است که به قسمتی از مدار تانک اسیـلاتور LC ، متصل است .در فرکانس‌های پایـیـن ، دیـگر روش‌های تغیـیـر فرکانس همچون دگرگونی در سرعت شارژ خازن ، یـعنی منبع جریـان کنترل شونده با ولتاژ ، استفاده میـ‌شود .

کنترل فرکانس در VCO به صورت زیر خواهد بود:

VCO در مدار آنتن یـعنی چه:
از انجائیـکه یـک گوشی موبایـل مدام میـتواند از منطقه ای به منطقه دیـگر در دست مشترک جابجا شود , می بایـست بتواند در هر منطقه تحت پوشش BTS همان منطقه تنظیـم و هماهنگ شود تا ضمن ارتباط مستمر با BTS , عملیـات دریـافت و ارسال صورت پذیـرد.
به عبارتی ایـستگاه رادیـوئی روی فرکانسهای مختلف میـبایـست بتواند عملیـات مدولاسیـون ( ارسال ) و دمدولاسیـون ( دریـافت) را انجام دهد .
ایـن عمل مستلزم ایـن است که فرکانس سیـگنال رادیـویـی به عنوان سیـگنال حامل مرتب و با دقت زیـاد تغیـیـر داده شود .
لذا از قطعه vco که یـک کریـستال میباشد جهت ایـجاد فرکانسهای مورد نیـاز برای عمل مدلاسیـون و دمدلاسیـون که به نسبت ولتاژ دریـافتی , فرکانس تولیـد میـکند , استفاده میـشود.
معمولا ایـن واحد توانایـی پردازش سیـگنالهای باند 900 - 1800 - 1900 مگاهرتز را دارا میـباشد.
VCO دارای دو فرکانس در dsc 1800 و چهار فرکانس در egsm در مقایـسه با فرکانس کانال RF دارد.
VCO یـا ولتاژ کنترل اسیـلاتور ( نوسان ساز کنترل شده با ولتاژ) درفرکانسی بیـشتر از 900mhz نوسان تولیـد میـکند.) سیـگنالهای باندهای 900 – 1800 – 1900 مگاهرتز را vco پردازش میـکند
با انتخاب کانالی که از طرف شبکه در اختیـار موبایـل قرار میـگیـرد و بصورت یـک عدد میـباشد , فرکانس VCO به ایـن عدد تقسیـم میـشود و سپس خروجی ایـن واحد ( انتخاب کانال) با فرکانس مرجع Fref که بوسیـله کریـستال اصلی ( از 13 الی 38 مگاهرتز بسته به مدل گوشی) ایـجاد میـشود , مقایـسه شده و سپس در واحد LPF اشکار میـگردد.
سیـگنال محلی (SHF) توسط ماژول VCO تولیـد میـشود.

مدار یک اسیلاتور کنترل شده با ولتاژ VCO

معادلات برای حوزهٔ زمان در VCO

• بهرهٔ اسیلاتور است و بر حسب هرتز بر ثانیه محاسبه می‌شود.
• نشان دهندهٔ بسامد سیگنال خروجی است.
• نشان دهندهٔ فاز سیگنال خروجی است.
• ولتاژ ورودی به VCO. گاهی با نمایش داده می‌شود.

معادلات برای حوزهٔ فرکانس در VCO

سیــنتی سایــزر:
سیـــنتی سایـــزر به سیـــستم الکترونیـکی گفته می شود که نوسانات الکترومغناطیـــسی با فرکانس انتخابی را به صورت دقیـــق تولیـــد می کند. سیـــنتی سایـــزر برای تولیـــد نوسان دلخواه از یـــک نوسانساز (اسیـــلاتور) دقیـــق (معمولا کریـستالی) و یـا یـک سیـــگنال زمانبندی مرجع به عنوان ورودی استفاده می کند و در یـک بازه فرکانسی می تواند نوسانهایـــی با فرکانس مطلوب را بر اساس سیـگنال مرجع به صورت دقیـــق و قفل شده تولیـدکند.
سیــنتی سایــزرها برای تولیـــد نوسانات تک فرکانس قابل تنظیـم (در سیــستم های رادیــویـی) یـا مجموعه ای از نوسانات ترکیـب شده (سیـنتی سایـزهای چندکاناله در سیـستم های صوتی) به کار می روند. ایـن مدارات امروزه در وسایـل الکترونیـکی زیـادی از قبیـل انواع گیـرنده‌ها و فرستنده های رادیـویـی ، سیـستم های رادیـویـی ماهواره ای و جی پی اس ، لوازم موسیـقی الکترونیـکی و تجهیـزات صوتی دیـجیـتال مانند کارت های صوتی کامپیـوترها استفاده میـ‌شوند.
اصول سیـنتی سایـزرهای PLL:
یـک حلقه فاز قفل شده کاری را برای فرکانس میکند که کنترل گیـن خودکار (AGC) برای ولتاژ انجام میـ‌دهد ، حلقه فاز قفل شده فرکانس دو سیـگنال را مقایـسه می‌کند و یـک سیـگنال خطا متناسب با تفاضل فرکانس دو ورودی ، می‌سازد. سیـگنال خطا برای راه اندازی یـک ولتاژ کنترل اسیـلاتور (VCO) که یـک خروجی فرکانس دارد استفاده میـ‌شود .
خروجی فرکانس VCO از تقسیـم کننده فرکانس عبور داده شده و به ورودی سیـستم باز میـگردد که یـک حلقه فیـدبک منفی میـ‌سازد . اگر خروجی VCO از فرکانس خود خارج شد سیـگنال خطا افزایـش خواهد یـافت در نتیـجه PLL فرکانس را در معکوس آن فرکانس تغیـیـر میـ‌دهد تا سیـگنا خطا را کاهش دهد ، بنابرایـن خروجی در فرکانس ورودی دیـگر قفل میـ‌شود .
ایـن ورودی را مرجع (Reference) مینامند و توسط اسیـلاتور بسیـار باثبات کریـستالی تامیـن میـگردد . در بلوک دیـاگرام شکل زیـر عناصر اساسی و آرایـش سیـنتی سایـزر PLL نشان داده شده‌ است .
مسئله اساسی و کلیـدی به جهت تولیـد فرکانس‌های مختلف در سیـنتی سایـزر تقسیـم کننده بیـن ورودی و خروجی فیـدبک است ، ایـن تقسیـم کننده معمولاً کانترهای دیـجیـتالی میـ‌باشد که خروجی سیـگنال سیـنتی سایـزر نقش کلاک را برای کانتر ایـفا میکند .
کانتر با قرار دادن مقدار اولیـه و کلاک ورودی ، به سمت پایـیـن میـ‌شمارد ، وقتی کانتر به صفر رسیـد ، خروجی کانتر تغیـیـر وضعیـت داده و مقدار کانتر دوباره بار گذاری میـ‌شود . ایـن مدار واضح است که توسط فلیـپ فلاپ‌ها اجرا میـ‌شود ، زیـرا طبیـعت ایـن مدار دیـجیـتالی است و ارتباط دهی آن با دیـگر قطعات دیـجیـتالی و میـکروپروسسورها ، آسان میـ‌باشد . توسط سیـنتی سایـزر ، فرکانس خروجی ، توسط سیـستم دیـجیـتالی ، کنترل میشود .
مثال:
برای سیـگنال مرجع ۱۰۰KHz و تقسیـم کننده بتواند هر مقداری بیـن ۱ تا ۱۰۰ قرار داده شود . سیـگنال خطا توسط مقایـسه کننده تولیـد میـ‌شود و وقتی خروجی تقسیـم کننده ۱۰۰KHz باشد سیـگنال خطا صفر خواهد شد . به ایـن منظور VCO بایـد در فرکانس «۱۰۰KHz× مقدار کانتر» کار کند . بنابرایـن VCO خروجی ۱۰KHz را برای تقسیـم ۱ ، ۲۰۰KHz برای تقسیـم ۲ ، ۱ MHz برای تقسیـم ۱۰ و به همیـن ترتیـب ، توجه فرمائیـد که نمام مضرب‌های فرکانس مرجع به دست می‌آیـد
در کاربرد ایـن نوع از سیـنتی سایـزر نمیتوان در پهنای رنج بالایـی از فرکانس‌ها کار کرد زیـرا مقایـسه کننده یـک پهنای باند محدودی خواهد داشت که ممکن است به وضعیـت قفل اشتباه یـا یـک ناتوانی قفل در تمامی موارد منجر شود .
بعلاوه ساخت VCO با رنج وسیـع در فرکانس بالا کار دشواری است ، ایـن دشواری از چندیـن فاکتور ناشی میـ‌شود اما ابتدایـی تریـن مشکل محدودیـت رنج خازنی در دیـود واراکتور میـ‌باشد . به هر حال در بیـشتر سیـستم‌های تحت سیـنتی سایـزر ما نمیـ‌توانیـم رنج وسیـعی داشته باشیـم اما حدود معیـنی را در محدوده رنج تعریـف شده همانند کانال‌های رادیـویـی در یـک باند مخصوص ، را میـ‌توانیـم داشته باشیـم .
حلقه قفل شده فاز:
یک حلقه قفل فاز یا حلقه قفل شده در فاز (Phase Locked Loop) (PLL) یک سیستم کنترلی الکترونیکی است ، که یک سیگنال قفل شده فاز متناسب با ورودی یا مرجع (reference) ، می‌سازد. PLL در یک فیدبک منفی مشترک توسط مقایسه خروجی «اسیلاتور کنترل شونده با ولتاژ (VCO)» و ورودی فرکانس مرجع ، با آشکارساز فاز ، انجام می‌پذیرد. آشکارساز فاز برای هدایت فاز اسیلاتور، به سیگنال مرجع ورودی ، استفاده می‌شود. این نوع از مدارات بطور گسترده در رادیو ، ارتباطات مخابراتی ، کامپیوترها و دیگر کاربردهای الکترونیکی استفاده می‌شود ، که به این ترتیب است :
ساخت یک یا چند فرکانس، که از لحاظ پایداری و ثبات به فرکانس مرجع برسد.
o آشکارسازی یک فرکانس خاص.
o باز گرداندن یک کلاک یا کریر به حالت اول خود.
تــاریخچه:
تحقیقات اولیه در زمینه آنچه که به عنوان حلقه با فاز قفل شونده می‌شناسیم به سال ۱۹۳۲ بر می‌گردد، یعنی زمانی که محققان بریتانیایی برای گیرنده سوپر هترودین Edwin Armstrong، روش دیگری ، یعنی هوموداین را توسعه دادند در سیستم هوموداین یا سینکروداین یک اسیلاتور محلی به فرکانس مطلوب توان ورودی تنظیم شده و با سیگنال ورودی چند برابر می‌گردد. سیگنال خروجی حاصله شامل اطلاعات اصلی مدولاسیون صوتی می‌باشد. قصد ما این بود تا یک مدار گیرنده متناوبی را توسعه دهیم که به مدارهای میزان شده کمتری نسبت به گیرنده سوپر هترودین نیاز دارد. چون اسیلاتور محلی سریعا" از فرکانس خود خارج می‌شود برای اسیلاتور یک سیگنال (پیام) تصحیح خودکار تا آن را به مانند سیگنال مطلوب ، در فاز و فرکانس یکسان ، نگه دارد. این تکنیک در سال ۱۹۳۲ در مقاله‌ای توسط H.de Bellescise در مجله فرانسوی Onde Electriqu توصیف شد.

ساخـتـار و عـملـکرد:
مکانیزم‌های حلقه با فاز قفل شونده می‌تواند به عنوا ن مدارهای آنالوگ یا دیجیتالی اجرا شود. هر دو از این اجراها ، ساختار پایه‌ای یکسانی را بکار می‌برند.

بلوک دیاگرام:
هر دو مدار PLL آنالوگ و دیجیتال سه قسمت اصلی دارند:
• یک آشکارساز فاز
• یک اسیلاتور الکترونیکی متغیر
• یک مسیر فیدبک (اغلب شامل یک تقسیم کننده فرکانس است)
قیاس مکانیکی:
میزان کردن یک سیم پیانو را می‌توان با عملکرد حلقه با فاز قفل شونده مقایسه کرد با استفاده از یک دیاپازول یا Pitch pipe برای بدست آوردن فرکانس مرجع ، کشش سیم بالا یا پایین تنظیم می‌شود تا اینکه فرکانس ضربه‌ای نارسا شده و شنیده نمی‌شود (اصطلاحا" این یک مثالی از «حلقه با فاز قفل شونده» فرکانس است زیرا فاز مرجع و سیم تنظیم کننده، برای تنظیم پیانو جزئی و بی اهمیت هستند)
قیاسی دیگر ، هم‌زمان سازی بخش‌های چرخشی است. مثال رایج ، گیر افتادن هم‌زمان چرخ دنده‌ها در انتقال دستی یک اتومبیل است. زمانی که دنده‌ها به هنگام حرکت اتومبیل تغییر می‌کند ، چرخ دنده‌ها با سرعت‌های متفاوتی در چرخش هستند. این سرعت‌ها باید با هم منطبق باشند و دندانه‌های حلقه سنکروزاسیون ، قبل از اینکه تغییر کامل شود باید همراستا شوند. (یا صدای سابیده شدن به گوش خواهد رسید)
حلقه با فاز قفل شونده دیجیتال:
مدارهای PLL دیجیتال اغلب به عنوان سینتی سایزهای کلاک اصلی برای میکروپروسسور ومؤلفه‌های کلیدی گیرنده/ فرستنده‌های ناهم‌زمان جامع (UARTs) بکار می‌رود. ساختار یک PLL دیجیتال ، شبیه PLL آنالوگ (و در بعضی موارد ساده از آن) است. مکانیزم کنترل در یک PLL دیجیتالی بصورت یک «ماشین حالت محدود» بکار می‌رود. آشکارساز فاز می‌تواند یک دستگاه سیستم سنجش و مقیاس ساده باشد. مؤلفه اسیلاتور متغییر PLL، ممکن است با استفاده از یک منبع زمانی (همانند یک اسیلاتور کریستالی) ، دو کانتر (بالا و پایین رونده) و یک سیستم مقایسه کننده دیجیتالی ، کار کند میزان زیادی از یک PLL دیجیتالی با به کار بردن سیستم‌های منطقی قابل برنامه ریزی خیلی کوچکی اجرا می‌شوند.

حلقه با فاز قفل شونده آنالوگ:
طرح پایه
PLLهای آنالوگ بطور کلی از یک آشکارساز فاز ، فیلتر پایین گذر و اسیلاتور کنترل شده با ولتاژ (VCO) ساخته شده اندکه در یک وضعیت فیدبک منفی قرار دارند. ممکن است در مسیر فیدبک یا در مسیر مرجع یا هردو مسیر یک تقسیم کننده فرکانس وجود داشته باشد ، تا کلاک خروجی PLL را به عدد صحیح چند مبنایی تبدیل کند. یک عدد مضرب غیر صحیح از فرکانس مرجع می‌تواند با جایگزینی تقسیم بر کانتر N در مسیر فیدبک با یک کانتر شالوینگ ضربه قابل برنامه ریزی ، بوجود آید. این تکنیک معمولا" به ترکیب کننده کسری N یا PLL کسری ( N (fractional-NPLL اشاره می‌کند. اسیلاتور یک سیگنال متناوب در خروجی تولید می‌کند. تصور کنید که اسیلاتور ، در ابتدا بمانند سیگنال مرجع ، تقریبا" در فرکانس خود ثابت است.
پس اگر فاز اسیلاتور نسبت به فاز مرجع ، افت کند ، آشکارساز فاز باعث می‌شود که شارژ پمپ ، ولتاژ کنترلی را تغییر دهد ، بطوری که سرعت اسیلاتور افزایش پیدا می‌کند. به همین صورت ، اگر فاز اسیلاتور جلوتر از فاز مرجع باشد آشکارساز فاز باعث می‌شود که شارژ پمپ با تغییر تنظیم ولتاژ ، سرعت اسیلاتور را پایین آورد.

فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد

تعداد صفحات این مقاله  35  صفحه

پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید