Abbildung 1: Simulationsschaltung des VCO in LTSpice

Ziel ist es ein Wechselspannungssignal zu erzeugen, dessen Frequenz über eine Eingangsspannung gesteuert werden kann. Nach einigen Recherchen und Überlegungen steht fest, dass dies mit Hilfe eines Schmitt-Triggers in Kombination mit einem Integrierer realisiert werden kann. Diese Schaltungskombination wird auch als Dreieck-Rechteck-Oszillator bezeichnet. Es wurde auch in Erwägung gezogen den VCO mit Hilfe eines LC-Schwingkreises zu realisieren. Die Spannungsgesteuerte Frequenz wäre über die Kapazitäten von in Sperrrichtung betriebenen Dioden spannungsgesteuert einstellbar gewesen. Es stellte sich aber schnell heraus, dass diese Variante sehr viele Nachteile mit sich bringt. So wäre die Kapazität der Diode sehr klein. Somit hätte man eine riesige Induktivität gebraucht, um den Schwingkreis in die entsprechenden Frequenzen zu bekommen. Ebenso wäre der ansteuerbare Frequenzbereich durch die kleine Kapazität sehr klein geworden. Aus diesen Gründen wurde der Dreieck-Rechteck-Oszillator ausgewählt, welcher im Folgenden erklärt wird.

Schmitt-Trigger

Der Schmitt-Trigger ändert seinen Ausgang von positiver zu negativer Versorgungsspannung, wenn die Spannung am invertierenden Eingang größer als die am nichtinvertierenden Eingang wird. Da dieser Eingang auf GND liegt bedeutet das, dass bei negativen Spannungen am invertierenden Eingang positive Versorgungsspannung am Ausgang anliegt und bei positiven Spannungen am invertierenden Eingang wird negative Versorgungsspannung am Ausgang anliegen. Da der Ausgang an den invertierenden Eingang zurückgekoppelt wird spielt er auch eine wesentliche Rolle für das Umschaltverhalten. Durch die Rückkopplung lässt sich über die Verhältnisse der Widerstände R9, R10 und R12 die Spannungspitze des Integriererausgangs einstellen bei welcher der Schmitt-Trigger umschaltet. Da über eine abschnittsweise konstante Spannung auf- bzw. abintegriert ensteht ein Dreiecksignal welches im Folgenden mit U_Δ bezeichnet wird. Es sei U_Π das Rechtecksignal des Schmitt-Triggers. Es ergibt sich folgender Zusammenhang: