携帯電話、テレビ、ラジオ、Mp3プレーヤーなど、私たちの周りにあるほとんどの家庭用電化製品は、デジタル電子機器とアナログ電子機器を組み合わせたものです。無線の送受信またはオーディオ信号が電子設計に含まれる場合は常に、周期的な発振電子信号が必要になります。これらの信号は発振信号と呼ばれ、無線送信またはタイミング関連の操作を実行するのに非常に役立ちます。
電子機器の発振器は、一般に、波形を生成できる回路を指します。この波形は、正弦波、三角関数、またはのこぎり波タイプのいずれかです。最も一般的な発振器回路のいくつかは、LC回路、タンク回路などです。電圧制御発振器は、可変周波数の発振信号（波形）を生成する発振器です。この波形の周波数は、入力電圧の大きさを変えることによって変化します。今のところ、電圧制御発振器（VCO）は、可変の大きさの電圧を取り込んで可変周波数の出力信号を生成するブラックボックスであると想像できます。出力信号の周波数は、入力電圧の大きさに正比例します。 。このチュートリアルでは、このブラックボックスと、そのブラックボックスを設計で使用する方法について詳しく学習します。
の動作原理
さまざまなアプリケーションで使用されるVCO回路には多くの種類がありますが、出力電圧に基づいて大きく2つの種類に分類できます。
調和振動子：振動子の出力波形が正弦波の場合、調和振動子と呼ばれます。RC、LC回路、タンク回路はこのカテゴリに分類されます。これらのタイプのオシレーターは実装が難しいですが、リラクゼーションオシレーターよりも安定性が優れています。調和振動子は、線形電圧制御発振器とも呼ばれます。
リラクゼーションオシレーター：オシレーターの出力波形が鋸歯状または三角形の場合、オシレーターはリラクゼーションオシレーターと呼ばれます。これらは実装が比較的簡単であるため、最も広く使用されています。弛緩発振器はさらに次のように分類できます
- エミッタ結合電圧制御発振器
- 接地コンデンサ電圧制御発振器
- 遅延ベースのリング電圧制御発振器
電圧制御発振器–実用的なアプリケーション
前述のように、VCOはRCまたはLCペアを使用して簡単に構築できますが、実際のアプリケーションでは実際には誰もそれを行いません。入力電圧に基づいて発振を生成する機能を備えた専用ICがいくつかあります。そのような一般的に使用されるICの1つは、ナショナルセミコンダクターのLM566です。
このICは三角波と方形波の両方を生成することができ、この波の公称周波数は外部コンデンサと抵抗を使用して設定できます。後で、この周波数は、供給される入力電圧に基づいてリアルタイムで変更することもできます。
LM566ICのピン配列を以下に示します。
ICは、最大24Vの動作電圧で単一電源または二重電源レールのいずれかから動作できます。ピン3と4は、それぞれ方形波と三角波を与える出力ピンです。公称周波数は、コンデンサと抵抗の正しい値をピン7と6に接続することで設定できます。
RとCの値を算出する式出力周波数（FO）に基づくが、式によって与えられます。
Fo = 2.4（Vss-Vc）/ Ro + Co + Vss
どこ、
Vssは電源電圧（ここでは12V）であり、Vcはピン5に印加される制御電圧であり、その大きさに基づいて出力周波数が制御されます。（ここでは、ピン5に定電圧を供給するために1.5kと10kの抵抗を使用して分圧器を形成しました）。LM566のサンプル回路図を以下に示します。
実際のアプリケーションでは、抵抗1.5kと10kを無視して、制御電圧をピン5に直接供給することができます。必要な出力周波数の範囲に基づいてRoとCoの値を変更することもできます。また、データシートを参照して、入力制御電圧に対して出力周波数がどの程度線形に変化するかを確認してください。出力周波数の値は、10：1の比率の制御電圧（ピン5）を使用して調整可能であり、幅広い制御を提供するのに役立ちます。
電圧制御発振器（VCO）のアプリケーション
- 周波数偏移変調
- 周波数識別子
- キーパッドトーンレコグナイザー
- クロック/信号/関数発生器
- フェーズロックループの構築に使用されます。
電圧制御発振器は、フェーズロックループシステムの主要な機能ブロックです。それでは、フェーズロックループについて、なぜそれが重要なのか、そしてVCOがフェーズロックループ内で何をするのかについても理解しましょう。
フェーズロックループ（PLL）とは何ですか？
PPLとも呼ばれるフェーズロックループは、主に3つの重要なブロックで構成される制御システムです。それらは、位相検出器、ローパスフィルター、および電圧制御発振器です。これら3つが一緒になって、入力信号の周波数に基づいて出力信号の周波数を絶えず調整する制御システムを形成します。PLLのブロック図を以下に示します。
PLLシステムは、不安定な周波数信号（f IN）から高い安定した周波数（f OUT）を取得する必要があるアプリケーションで使用されます。 PLL回路の主な機能は、入力信号と同じ周波数の出力信号を生成することです。これは、ルーター、RF伝送システム、モバイルネットワークなどのワイヤレスアプリケーションで非常に重要です。
位相検出器は、提供されたフィードバックパスを使用して、入力周波数（f IN）と出力周波数（f OUT）を比較します。これら2つの信号の差が比較され、電圧値で示され、エラー電圧信号と呼ばれます。この電圧信号には、ローパスフィルターを使用してフィルター処理できる高周波ノイズも含まれています。次に、この電圧信号がVCOに提供されます。これは、すでに知っているように、提供された電圧信号（制御電圧）に基づいて出力周波数を変化させます。
PLL-実用的なアプリケーション
一般的に使用されるPLL実装ICの1つはLM567です。これはトーンデコーダICです。つまり、ピン3で特定のユーザー設定タイプのトーンをリッスンし、そのトーンが受信されると、出力（ピン8）をグランドに接続します。したがって、基本的には、周波数で利用可能なすべてのサウンドをリッスンし、PLL技術を使用してそれらのサウンド信号の周波数をプリセット周波数と比較し続けます。周波数が出力ピンと一致すると、ローになります。 LM567 ICのピンを以下に示します。回路はノイズの影響を非常に受けやすいため、このICをブレッドボードで動作させることができなくても驚かないでください。
ピン配列に示されているように、ICは内部にIおよびQ位相検出回路で構成されています。この位相検出器は、設定された周波数と入力周波数信号の違いをチェックします。この設定周波数の値を設定するために、外部コンポーネントが使用されます。ICも不規則なスイッチングノイズをフィルタリングするフィルタ回路で構成されていますが、ピン1に接続された外部コンデンサが必要です。2番目のピンはICの帯域幅を設定するために使用され、容量が大きいほど帯域幅は低くなります。ピン5と6は、設定周波数の値を設定するために使用されます。この周波数値は、以下の式を使用して計算できます。
LM567ICの基本回路を以下に示します。
周波数を比較する必要のある入力信号は、値0.01uFのフィルタリングコンデンサを介してピン3に与えられます。この周波数は、設定された周波数と比較されます。周波数は、2.4k抵抗（R1）と0.0033コンデンサ（C1）を使用して設定されます。これらの値は、上記の式を使用して、設定された周波数に従って計算できます。
入力周波数が設定周波数と一致すると、出力ピン（ピン8）が接地されます。そうでない場合、このピンはハイのままになります。ここでは、負荷として抵抗（R L）を使用しましたが、通常は、設計で必要とされるLEDまたはブザーになります。したがって、LM567はVCOの機能を使用して周波数を比較します。これは、オーディオ/ワイヤレス関連のアプリケーションで非常に役立ちます。
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