Spänningsstyrd oscillator (VCO)

Frekvensstyrbara oscillatorer kan realiseras på flera sätt. En möjlighet är den så kallade spänningsstyrda oscillatorn VCO – Voltage Controlled Oscillator.

1) Kort beskrivning: Kopplingsschema med rektangulär ledningsdragning med en horisontell ledare nedtill och en spänningskälla till vänster, ett inställbart motstånd (potentiometer; övre änden märkt ”X”) med släpkontakt åt höger, ett seriekopplat motstånd och en förgrening: uppåt via en kondensator och en spole till den horisontella ledaren, nedåt via en diod till den horisontella ledaren.
2) Utförlig beskrivning: Kopplingsschemat innehåller en rektangulär krets med en horisontell ledare nedtill och en vertikalt ritad spänningskälla till vänster (längre linje upptill, kortare linje nedtill). Parallellt med den ligger ett inställbart motstånd (potentiometer), vars övre ände är markerad med ”X”. Släpkontakten leder åt höger via ett motstånd till en förgreningspunkt. Uppåt leder en ledare via en kondensator till en spole och vidare nedåt till den horisontella ledaren. Från förgreningspunkten nedåt är en diod ansluten (åt uppåt pekande triangel med tvärstreck vid triangelspetsen). Bredvid den är kretssymbolen för en kondensator ritad.
Figur HAREC-11.4.1: VCO-koppling med kapacitansdiod

För att göra oscillatorns frekvens ändringsbar kan man sätta in en kapacitansdiod (varikap) i dess svängningskrets, vars kapacitans kan påverkas av en likspänning (jfr figur HAREC-11.4.1). En ändring av likspänningen ger då en motsvarande ändring av oscillatorfrekvensen. Därigenom blir oscillatorn avstämbar med hjälp av en styrspänning.

Kapacitansdioden drivs i backriktning. Ju högre backspänning över dioden, desto lägre blir dess kapacitans, som bestäms av spärrskiktets (PN-övergångens) storlek. Spärrskiktet blir bredare när den pålagda backspänningen ökar, varvid kapacitansen minskar och svängningskretsens frekvens enligt Thomsons svängningsformel stiger.

Omvänt blir kapacitansdiodens spärrskikt smalare när den pålagda backspänningen minskar, varvid kapacitansen ökar och svängningskretsens frekvens sjunker. Backspänningen kan till exempel alstras med en potentiometer eller en styrkrets.

Ju högre spänningen över kapacitansdioden blir, desto större blir avståndet mellan ”plattorna” ($d$). Det lönar sig alltid att titta i formelsamlingen för att förstå dessa orsakskedjor.

$$C = \epsilon_0 \cdot \epsilon_r \cdot \frac{A}{d}$$ $$f = \frac{1}{2\pi\sqrt{L\cdot C}}$$ $$U \uparrow \quad\rightarrow\quad C \downarrow \quad\rightarrow\quad f \uparrow$$ $$U \downarrow \quad\rightarrow\quad C \uparrow \quad\rightarrow\quad f \downarrow$$

För alla oscillatorkopplingar, oavsett utförande, gäller att oönskade återkopplingar kan leda till frekvensinstabilitet. Det gäller VCO:er såväl som VFO:er (t. ex. med vridkondensatorer) och andra oscillatorer.


Fortsätt till nästa avsnitt: Temperaturstabilitet: XO, TCXO och OCXO