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VCO – LC SERIE AD AMPIA GAMMA DI SINTONIA

VCO e LC di sintonia

Questa idea progettuale riguarda una nuova tecnica per ottenere un oscillatore controllato (VCO). Utilizza un circuito LC risonante serie per dare al circuito risonante una gamma di funzionamento più ampia rispetto ai circuiti tradizionali che utilizzano una connessione LC in parallelo.

L' architettura dell'oscillatore permette oscillazioni in un range più ampio, ben oltre le capacità dei migliori oscillatori a varicap.
I progettisti ritengono che un normale VCO (oscillatore controllato in tensione) copra una banda di frequenza pari ad un'ottava.

I componenti LC sono scelti e inseriti nel circuito in modo che le capacità parassite siano ininfluenti sulla frequenza di risonanza.

A prima vista, la struttura centrale dell'oscillatore assomiglia a due transistori collegati in una struttura simile ad un SCR (Figura1) ma con l'aggiunta di resistenze che mantengono il guadagno di questa connessione "SCR" minore di uno.

Il guadagno del circuito aumenta sopra 1 alla frequenza di risonanza, forzando e mantenendo il circuito LC in oscillazione.
Nessun componente ausiliario è necessario per mantenere le oscillazioni, e il nodo tra l'induttore e il condensatore è libero da altre connessioni, il che significa che solo il varicap utilizzato come condensatore variabile determina la messa a punto della gamma di frequenza.

La frequenza varia con la radice quadrata degli elementi di sintonia.
Per cambiare la frequenza di un fattore due, si ha bisogno di una variazione di quattro volte della capacità di sintonia.

A differenza di un circuito risonante parallelo LC, la corrente di risonanza passa attraverso l'elemento attivo ed è quindi limitata e controllata.
Questo limite, a sua volta significa che la tensione alternata che nasce in tutta la sintonia è di piccole dimensioni, in genere, meno di 100 mV.

Il segnale piccolo riduce gli effetti della non linearità del circuito e l'effetto della auto-polarizzazione del segnale sul varicap.
Si possono utilizzare tensioni di comando del varicap piccole come 0,3 V.
Se si utilizza un induttanza di 1 µH , il circuito oscilla ancora con valori di capacità di 4,7 pF a 4,7 nF.
Per la progettazione dettagliata, il circuito risonante LC viene spostato sull'emettitore del transistor PNP Q2 (Figura 2).

La frequenza di taglio più bassa del PNP crea maggiore differenza di fase e favorisce l'innesco delle oscillazioni.

L2 e C2 vanno collegati ad un unico punto comune sulla linea dell'alimentazione, si sottolinea la criticità del tracciato in questa parte del circuito.
Il circuito dell'oscillatore accordato è disaccoppiato in cc attraverso C2 e C4.
Q1 e componenti associati implementano il controllo automatico di guadagno (AGC).
Un oscillatore LC parallelo tollera distorsione del segnale, ma questo circuito LC serie degenera in un multivibratore onda quadra se si consente al segnale di crescere a dismisura da "clippare".

L'azione di controllo AGC ha il vantaggio di produrre in uscita un'ampiezza uniforme e non distorta.
D5 serve per creare un 0,6 V dc bias e R11 e R12 formano un partitore di tensione che crea una tensione di polarizzazione del diodo Schottky D6 che può così lavorare come un raddrizzatore anche per segnali piccolo di uscita.

C8 integra il segnale raddrizzato in una tensione continua proporzionale all'ampiezza del segnale di uscita.
Questo segnale dc viene applicato ad IC1 (amplificatore AGC) sul pin non invertente, attraverso un filtro composto da R15 e C8.
Il segnale cc filtrato sul punto A-CTRL applicato attraverso R17 al pin invertente consente di impostare l'ampiezza di uscita da 0 a 1V.

Per un dato valore impostato con A-CTRL il segnale è controllato dall'AGC e precisamente se il segnale su C8 tende ad aumentare pure l'uscita di IC1 tende ad aumentare pertanto pure Q1 tende ad aumentare la sua conduzione alzando il potenziale di base di Q2 determinando una diminuzione della sua conduzione tanto quanto basta per abbassare l'uscita in modo da renderla stabile.
Viceversa se la tensione su C8 diminuisce perché l'uscita tende a scendere di ampiezza, Q2 tenderà a condurre di più tanto quanto basta per non lasciar scendere la Vout.

Grazie all'azione dell' AGC la qualità del sinusoide rimane eccellente!

La gamma di frequenza si estende dal 35-140 MHz, rapporto 1 a 4, doppio rispetto a VCO convenzionali ad alte prestazioni che richiedono un incremento di quattro volte la capacità.

Da un'idea di Louis Vlemincq, Belgacom, Evere, Belgium
tratto da EDN DesignIdeas Ottobre 2011

 

 

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