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Voltage Controlled Oscillator

Bei dem voltage-controlled oscillator (kurz VCO) ist ein spannungsgesteuerter Oszillator. Es handelt es sich um einen elektrischen Schwingungserzeuger, dessen Frequenz durch die Größe einer anliegenden Spannung (Steuerspannung) verändert werden kann.

Inhaltsverzeichnis

Aufbau und Funktionsweise

Eine mögliche Realisierung ist ein Schwingkreis mit einer Kapazitätsdiode als frequenzbestimmendem Element. Durch Verändern der Spannung an der Kapazitätsdiode verändert sich die Kapazität und damit die Resonanzfrequenz des Schwingkreises. Ebenfalls häufig verwendet wird ein Integrator, dessen Eingang der Steuerspannung entspricht, und der beim Erreichen einer Schwellspannung zurückgesetzt wird.

Im Gegensatz zum VCXO kann der Einstellbereich des VCO, je nach Konstruktion, auch sehr große Frequenzbereiche von einigen Zehnerpotenzen überstreichen.

Anwendung

Elektronische Musik

In der Elektronischen Musik werden VCO als Baugruppe von Synthesizern eingesetzt. In modularen Synthesizern hat sich seit den späten 1960er-Jahren die exponentielle Ansteuerung als Quasi-Standard etabliert, welche von Robert Moog für seine modularen Synthesizer entwickelt wurde. Hierzu wird die Schaltung so ausgelegt, dass eine Erhöhung der Eingangsspannung um ein Volt eine Verdoppelung der Ausgangsfrequenz zu Folge hat, also eine Erhöhung um eine Oktave. Daher wird diese Ansteuerung in V/Oct. (Volt pro Oktave) angegeben.

Da die technische Ausführung mit analoger Elektronik einige Schwierigkeiten birgt (insbesondere hohe Temperaturempfindlichkeit) wurde von den japanischen Firmen KORG und Yamaha für kostengünstige Geräte wie z. B. Korg MS-20 eine lineare Ansteuerung von Hz/Volt eingesetzt. Diese Geräte können dann nicht ohne weiteres mit Geräten mit exponentieller Ansteuerung in musikalischem Zusammenhang genutzt werden.

Üblicherweise werden VCOs so konstruiert, dass sie verschiedene Wellenformen erzeugen können (Rechteck, Dreieck, Sägezahn und diverse weitere) und eine Pulsbreitenmodulation des Rechtecksignals erlauben. Darüber hinaus gibt es VCOs die neben der exponentiellen Charakteristik auch eine lineare Ansteuerung erlauben. Dadurch ist die Erzeugung von Frequenzmodulation (FM-Synthese) möglich. Zuletzt sei als musikalisch wichtiges Element eines VCO noch die Synchronisation (engl. hard sync, soft sync) erwähnt.

Elektronik

Der VCO ist ein Element von PLL-Schaltung (en.: phase locked loop). Er ist hier das Stellglied und erzeugt eine mit einer Rückführungsschleife geregelte Frequenz. Anwendungen sind zum Beispiel Stereodecoder, Motorregelungen und PLL-Decoder.

Weiterhin benutzen Superheterodyn-Empfänger spannungsgesteuerte Oszillatoren (Schwingkreise mit Kapazitätsdiode) zur Einstellung der Empfangsfrenquenz (Frequenzabstimmung des Mischoszillators).

VCO, die ein Rechtecksignal ausgeben, sind eine Form von A/D-Wandlern. Sie werden zum Beispiel in Sensorschaltkreisen eingesetzt oder Sensoren nachgeschaltet, um das Ausgangssignal digital als variable Frequenz störungsfrei übertragen und zum Beispiel in einem Microcontroller weiterverarbeiten zu können.

Ein präziser Spannungs-Frequenz-Wandler-IC ist zum Beispiel der LM331. Er kann auch als Frequenz-Spannungs-Wandler benutzt werden.

Siehe auch