चर-आवृत्ति थरथरानवाला

1969 के आसपास एक हीथकिट शौकिया रेडियो ट्रांसमीटर, बाहरी वीएफओ के साथ

इलेक्ट्रानिक्स में एक परिवर्तनीय आवृत्ति थरथरानवाला (वीएफओ) एक थरथरानवाला है जिसकी आवृत्ति को कुछ सीमा पर ट्यून किया जा सकता है (यानी, विविध)।^[1] यह किसी भी ट्यून करने योग्य रेडियो ट्रांसमीटर और रिसीवर में एक आवश्यक घटक है जो सुपरहेट्रोडाइन सिद्धांत द्वारा काम करता है। थरथरानवाला उस आकाशवाणी आवृति को नियंत्रित करता है जिससे उपकरण ट्यून किया जाता है।

उद्देश्य

एक साधारण सुपरहेटरोडाइन रिसीवर में, आने वाली रेडियो फ्रीक्वेंसी सिग्नल (आवृत्ति पर) $f_{IN}$ ) एंटीना (रेडियो) से वीएफओ आउटपुट सिग्नल के साथ आवृत्ति मिक्सर ट्यून किया गया है $f_{LO}$ , एक मध्यवर्ती आवृत्ति (आईएफ) सिग्नल का उत्पादन करता है जिसे मॉडुलन जानकारी निकालने के लिए डाउनस्ट्रीम पर संसाधित किया जा सकता है। रिसीवर डिज़ाइन के आधार पर, IF सिग्नल आवृत्ति को मिक्सर इनपुट पर दो आवृत्तियों के योग के रूप में चुना जाता है (हेटरोडाइन#ऊपर और नीचे कन्वर्टर्स|अप-रूपांतरण), $f_{IN}+f_{LO}$ या अधिक सामान्यतः, अंतर आवृत्ति (डाउन-रूपांतरण), $f_{IN}-f_{LO}$ .

वांछित IF सिग्नल और इसकी अवांछित छवि (उपरोक्त विपरीत चिह्न का मिश्रण उत्पाद) के अलावा, मिक्सर आउटपुट में दो मूल आवृत्तियाँ भी शामिल होंगी, $f_{IN}$ और $f_{LO}$ और इनपुट सिग्नल के विभिन्न लयबद्ध संयोजन। इन अवांछित संकेतों को IF इलेक्ट्रॉनिक फ़िल्टर द्वारा अस्वीकार कर दिया जाता है। यदि एक डबल संतुलित मिक्सर नियोजित किया जाता है, तो मिक्सर आउटपुट पर दिखाई देने वाले इनपुट सिग्नल काफी क्षीण हो जाते हैं, जिससे IF फ़िल्टर की आवश्यक जटिलता कम हो जाती है।

वीएफओ को Heterodyne ऑसिलेटर के रूप में उपयोग करने का लाभ यह है कि रेडियो रिसीवर के केवल एक छोटे से हिस्से (मिक्सर से पहले के खंड जैसे प्रीएम्प्लीफायर) को एक विस्तृत बैंडविड्थ की आवश्यकता होती है। रिसीवर के बाकी हिस्से को IF फ्रीक्वेंसी के अनुसार बारीकी से ट्यून किया जा सकता है।^[2] प्रत्यक्ष-रूपांतरण रिसीवर में, वीएफओ को आने वाली रेडियो आवृत्ति के समान आवृत्ति पर ट्यून किया जाता है $f_{IF}=0$ हर्ट्ज. लो पास फिल्टर और एम्पलीफायरों का उपयोग करके बेसबैंड पर डिमॉड्यूलेशन होता है।

रेडियो फ्रीक्वेंसी (आरएफ) ट्रांसमीटर में, वीएफओ का उपयोग अक्सर आउटपुट सिग्नल की आवृत्ति को ट्यून करने के लिए किया जाता है, अक्सर अप्रत्यक्ष रूप से ऊपर वर्णित के समान हेटेरोडाइन प्रक्रिया के माध्यम से।^[1]अन्य उपयोगों में रडार सिस्टम के लिए कलरव जनरेटर शामिल हैं जहां वीएफओ को आवृत्तियों की एक श्रृंखला के माध्यम से तेजी से घुमाया जाता है,^[3] आस्टसीलस्कप और टाइम डोमेन रिफ्लेक्टोमीटर के लिए टाइमिंग सिग्नल जेनरेशन, और संगीत वाद्ययंत्र और ऑडियो परीक्षण उपकरण में उपयोग किए जाने वाले चर आवृत्ति ऑडियो जनरेटर।

प्रकार

उपयोग में आने वाले वीएफओ के दो मुख्य प्रकार हैं: एनालॉग सर्किट और डिजिटल इलेक्ट्रॉनिक्स।

एनालॉग वीएफओ

एक एनालॉग वीएफओ एक इलेक्ट्रॉनिक थरथरानवाला है जहां निष्क्रिय घटकों में से कम से कम एक का मूल्य उपयोगकर्ता नियंत्रण के तहत समायोज्य होता है ताकि इसकी आउटपुट आवृत्ति को बदला जा सके। निष्क्रिय घटक जिसका मान समायोज्य है, आमतौर पर एक संधारित्र होता है, लेकिन एक चर प्रारंभ करनेवाला हो सकता है।

ट्यूनिंग संधारित्र

वैरिएबल कैपेसिटर एक यांत्रिक उपकरण है जिसमें इंटरलीव्ड धातु प्लेटों की एक श्रृंखला को अलग करने से इसकी समाई को अलग करने के लिए भौतिक रूप से बदल दिया जाता है। फाइन ट्यूनिंग प्राप्त करने के लिए इस संधारित्र के समायोजन को कभी-कभी मैकेनिकल स्टेप-डाउन गियरबॉक्स द्वारा सुविधाजनक बनाया जाता है।^[2]

वैरेक्टर

एक उलटा पक्षपाती अर्धचालक डायोड धारिता प्रदर्शित करता है। चूँकि इसके गैर-संचालन कमी क्षेत्र की चौड़ाई रिवर्स बायस वोल्टेज के परिमाण पर निर्भर करती है, इस वोल्टेज का उपयोग जंक्शन कैपेसिटेंस को नियंत्रित करने के लिए किया जा सकता है। वैक्टर बायस वोल्टेज कई तरीकों से उत्पन्न हो सकता है और अंतिम डिजाइन में कोई महत्वपूर्ण चलती भागों की आवश्यकता नहीं हो सकती है।^[4] वैक्टर में तापमान बहाव और उम्र बढ़ने, इलेक्ट्रॉनिक शोर, कम क्यू कारक और गैर-रैखिकता सहित कई नुकसान हैं।

डिजिटल वीएफओ

आधुनिक रेडियो रिसीवर और ट्रांसमीटर आमतौर पर अपने वीएफओ सिग्नल उत्पन्न करने के लिए कुछ प्रकार के डिजिटल आवृत्ति संश्लेषण का उपयोग करते हैं। फायदे में छोटे डिज़ाइन, चलने वाले हिस्सों की कमी, सेट आवृत्ति चुस्त रेफरेंस ऑसिलेटर्स की उच्च स्थिरता, और आसानी से प्रीसेट फ़्रीक्वेंसी को डिजिटल कम्प्यूटर में संग्रहीत और हेरफेर किया जा सकता है जो आमतौर पर किसी भी मामले में डिज़ाइन में अंतः स्थापित प्रणाली होता है।

यह भी संभव है कि रेडियो अत्यधिक आवृत्ति-चतुराई वाला हो जाए क्योंकि नियंत्रण कंप्यूटर रेडियो की ट्यून की गई आवृत्ति को एक सेकंड में कई दसियों, हजारों या यहां तक कि लाखों बार बदल सकता है। यह क्षमता संचार रिसीवरों को एक साथ कई चैनलों की प्रभावी ढंग से निगरानी करने की अनुमति देती है, शायद डिजिटल चयनात्मक कॉलिंग (वैश्विक समुद्री संकट सुरक्षा प्रणाली ) तकनीकों का उपयोग करके यह तय करने के लिए कि ऑडियो आउटपुट चैनल कब खोलना है और उपयोगकर्ताओं को आने वाले संचार के लिए सचेत करना है। पूर्व-क्रमादेशित आवृत्ति चपलता भी कुछ सैन्य रेडियो एन्क्रिप्शन और स्टील्थ तकनीकों का आधार बनती है। चरम आवृत्ति चपलता रंगावली विस्तार तकनीकों के केंद्र में है जिसने वाई-फाई जैसे कंप्यूटर वायरलेस नेटवर्किंग में मुख्यधारा की स्वीकृति प्राप्त की है।

डिजिटल संश्लेषण के कुछ नुकसान हैं, जैसे डिजिटल सिंथेसाइज़र की सभी आवृत्तियों के माध्यम से सुचारू रूप से ट्यून करने में असमर्थता, लेकिन कई रेडियो बैंड के चैनलाइजेशन के साथ, इसे एक लाभ के रूप में भी देखा जा सकता है क्योंकि यह रेडियो को दो मान्यता प्राप्त चैनलों के बीच काम करने से रोकता है। .

डिजिटल आवृत्ति संश्लेषण स्थिर क्रिस्टल थरथरानवाला संदर्भ आवृत्ति स्रोतों पर निर्भर करता है। क्रिस्टल-नियंत्रित ऑसिलेटर प्रेरक और कैपेसिटिव रूप से नियंत्रित ऑसिलेटर की तुलना में अधिक स्थिर होते हैं। उनका नुकसान यह है कि आवृत्ति बदलने (थोड़ी मात्रा से अधिक) के लिए क्रिस्टल को बदलने की आवश्यकता होती है, लेकिन आवृत्ति सिंथेसाइज़र तकनीकों ने आधुनिक डिजाइनों में इसे अनावश्यक बना दिया है।

डिजिटल आवृत्ति संश्लेषण

इसमें शामिल इलेक्ट्रॉनिक और डिजिटल तकनीकों में शामिल हैं:

प्रत्यक्ष डिजिटल सिंथेसाइज़र (डीडीएस): गणितीय उन लोगों के फ़ंक्शन के लिए पर्याप्त डेटा बिंदु डिजिटल मेमोरी में संग्रहीत होते हैं। इन्हें सही गति से वापस बुलाया जाता है और एक डिज़िटल से एनालॉग कन्वर्टर में फीड किया जाता है जहां आवश्यक साइन तरंग बनाई जाती है।
प्रत्यक्ष आवृत्ति संश्लेषण: प्रारंभिक चैनलयुक्त संचार रेडियो में कई क्रिस्टल होते थे - प्रत्येक चैनल के लिए एक, जिस पर वे काम कर सकते थे। कुछ समय बाद इस सोच को ऊपर #उद्देश्य के तहत वर्णित विधर्मीकरण और मिश्रण के मूल विचारों के साथ जोड़ दिया गया। विभिन्न आउटपुट आवृत्तियों का उत्पादन करने के लिए एकाधिक क्रिस्टल को विभिन्न संयोजनों में मिश्रित किया जा सकता है।
चरण बंद लूप (पीएलएल): एक वैक्टर-नियंत्रित या वोल्टेज-नियंत्रित ऑसिलेटर (वीसीओ) (#एनालॉग_वीएफओ तकनीकों के तहत #वैरेक्टर में ऊपर वर्णित) और एक चरण डिटेक्टर का उपयोग करके, एक नियंत्रण-लूप स्थापित किया जा सकता है ताकि वीसीओ का आउटपुट हो सके एक क्रिस्टल-नियंत्रित संदर्भ थरथरानवाला के लिए आवृत्ति-लॉक किया गया है। चरण डिटेक्टर की तुलना विभिन्न विभाजकों द्वारा आवृत्ति विभाजन के बाद दो ऑसिलेटर के आउटपुट के बीच की जाती है। फिर कंप्यूटर नियंत्रण के तहत आवृत्ति-विभाजन विभाजक को बदलकर, विभिन्न प्रकार की वास्तविक (अविभाजित) वीसीओ आउटपुट आवृत्तियों को उत्पन्न किया जा सकता है। पीएलएल तकनीक आज अधिकांश रेडियो वीएफओ डिज़ाइनों पर हावी है।

प्रदर्शन

वीएफओ के लिए गुणवत्ता मेट्रिक्स में आवृत्ति स्थिरता, चरण शोर और वर्णक्रमीय शुद्धता शामिल हैं। ये सभी कारक एलसी सर्किट|ट्यूनिंग सर्किट के क्यू कारक के व्युत्क्रमानुपाती होते हैं। चूँकि सामान्य तौर पर ट्यूनिंग रेंज भी Q के व्युत्क्रमानुपाती होती है, VFO की फ़्रीक्वेंसी रेंज बढ़ने पर ये प्रदर्शन कारक आम तौर पर ख़राब हो जाते हैं।^[5]

स्थिरता

स्थिरता इस बात का माप है कि वीडियो आउटपुट आवृत्ति समय और तापमान के साथ कितनी दूर तक बहती है।^[5]इस समस्या को कम करने के लिए, वीएफओ आम तौर पर चरण-लॉक लूप होते हैं| चरण को एक स्थिर संदर्भ थरथरानवाला में बंद कर दिया गया। पीएलएल व्यापक ट्यूनिंग रेंज और अच्छी आवृत्ति स्थिरता दोनों के लिए वीएफओ की आवृत्ति बहाव को ठीक करने के लिए नकारात्मक प्रतिक्रिया का उपयोग करते हैं।^[6]

दोहराव

आदर्श रूप से, वीएफओ के समान नियंत्रण इनपुट के लिए, ऑसिलेटर को बिल्कुल समान आवृत्ति उत्पन्न करनी चाहिए। वीएफओ के अंशांकन में परिवर्तन से रिसीवर ट्यूनिंग अंशांकन बदल सकता है; रिसीवर के आवधिक पुन: संरेखण की आवश्यकता हो सकती है। चरण-लॉक लूप आवृत्ति सिंथेसाइज़र के हिस्से के रूप में उपयोग किए जाने वाले वीएफओ की कम कठोर आवश्यकताएं होती हैं क्योंकि सिस्टम क्रिस्टल-नियंत्रित संदर्भ आवृत्ति के समान स्थिर होता है।

शुद्धता

वीएफओ के आयाम बनाम आवृत्ति का एक प्लॉट कई चोटियों को दिखा सकता है, जो संभवतः सामंजस्यपूर्ण रूप से संबंधित हैं। इनमें से प्रत्येक शिखर संभावित रूप से किसी अन्य आने वाले सिग्नल के साथ फ्रीक्वेंसी मिक्सर कर सकता है और एक नकली प्रतिक्रिया उत्पन्न कर सकता है। इन स्पुरी (कभी-कभी स्पूरिया की वर्तनी) के परिणामस्वरूप शोर बढ़ सकता है या दो सिग्नल पाए जा सकते हैं जहां केवल एक होना चाहिए।^[1]उच्च-आवृत्ति परजीवी दोलनों को दबाने के लिए वीएफओ में अतिरिक्त घटक जोड़े जा सकते हैं, यदि ये मौजूद हों।

एक ट्रांसमीटर में, ये नकली सिग्नल एक वांछित सिग्नल के साथ उत्पन्न होते हैं। यह सुनिश्चित करने के लिए फ़िल्टरिंग की आवश्यकता हो सकती है कि प्रेषित सिग्नल बैंडविड्थ और नकली उत्सर्जन के नियमों को पूरा करता है।

चरण शोर

जब बहुत संवेदनशील उपकरणों के साथ जांच की जाती है, तो वीएफओ के आवृत्ति ग्राफ में शुद्ध साइन-वेव शिखर संभवतः एक सपाट शोर-तल पर नहीं बैठेगा। सिग्नल के समय में थोड़ा सा यादृच्छिक 'झटका' का मतलब यह होगा कि शिखर वांछित शोर के दोनों ओर आवृत्तियों पर चरण शोर के 'स्कर्ट' पर बैठा है।

ये भीड़-भाड़ वाले बैंडों में भी परेशानी पैदा करते हैं। वे अवांछित संकेतों के माध्यम से अनुमति देते हैं जो अपेक्षित सिग्नल के काफी करीब हैं, लेकिन इन चरण-शोर 'स्कर्ट' की यादृच्छिक गुणवत्ता के कारण, सिग्नल आमतौर पर समझ में नहीं आते हैं, जो प्राप्त सिग्नल में अतिरिक्त शोर के रूप में दिखाई देते हैं। इसका प्रभाव यह है कि भीड़ भरे बैंड में जो सिग्नल साफ़ होना चाहिए वह आस-पास के मजबूत सिग्नलों के प्रभाव के कारण बहुत शोर वाला सिग्नल प्रतीत हो सकता है।

ट्रांसमीटर पर वीएफओ चरण शोर का प्रभाव यह होता है कि यादृच्छिक शोर वास्तव में आवश्यक सिग्नल के दोनों ओर प्रसारित होता है। फिर, कई मामलों में कानूनी कारणों से इससे बचना चाहिए।

आवृत्ति संदर्भ

डिजिटल या डिजिटल रूप से नियंत्रित ऑसिलेटर आमतौर पर निरंतर एकल आवृत्ति संदर्भों पर भरोसा करते हैं, जिन्हें सेमीकंडक्टर और एलसी सर्किट-आधारित विकल्पों की तुलना में उच्च मानक पर बनाया जा सकता है। आमतौर पर क्वार्ट्ज क्रिस्टल आधारित ऑसिलेटर का उपयोग किया जाता है, हालांकि समय-विभाजन एकाधिक पहुंच सेल्युलर नेटवर्क जैसे उच्च सटीकता वाले अनुप्रयोगों में, रूबिडियम मानक जैसी परमाणु घड़ियां 2018 तक भी आम हैं।

उपयोग किए गए संदर्भ की स्थिरता के कारण, डिजिटल ऑसिलेटर स्वयं लंबी अवधि में अधिक स्थिर और अधिक दोहराए जाने योग्य होते हैं। यह कुछ हद तक कम लागत और कंप्यूटर-नियंत्रित वीएफओ में उनकी भारी लोकप्रियता को बताता है। छोटी अवधि में डिजिटल आवृत्ति विभाजन और गुणन (घबराना) द्वारा शुरू की गई खामियां, और ध्वनिक झटके, तापमान भिन्नता, उम्र बढ़ने और यहां तक कि विकिरण के लिए सामान्य क्वार्ट्ज मानक की संवेदनशीलता, एक भोले डिजिटल थरथरानवाला की प्रयोज्यता को सीमित करती है।

यही कारण है कि परमाणु समय पर लॉक किए गए आरएफ ट्रांसमीटर जैसे उच्च अंत वीएफओ, कई अलग-अलग संदर्भों को और जटिल तरीकों से जोड़ते हैं। रूबिडियम या सीज़ियम घड़ियों जैसे कुछ संदर्भ उच्च दीर्घकालिक स्थिरता प्रदान करते हैं, जबकि हाइड्रोजन मेज़र जैसे अन्य संदर्भ कम अल्पकालिक चरण शोर उत्पन्न करते हैं। फिर कम आवृत्ति (और इतनी कम लागत) वाले ऑसिलेटर चरण को मास्टर घड़ी के डिजिटल रूप से विभाजित संस्करण में लॉक किया जाता है, जो अंतिम वीएफओ आउटपुट प्रदान करता है, जो डिवीजन एल्गोरिदम द्वारा प्रेरित शोर को सुचारू करता है। इस तरह की व्यवस्था एक सटीक संदर्भ की दीर्घकालिक स्थिरता और दोहराव, सटीक डिजिटल आवृत्ति चयन के लाभ और अल्पकालिक स्थिरता प्रदान कर सकती है, यहां तक कि एक मनमानी आवृत्ति एनालॉग तरंग पर भी प्रदान की जाती है - जो सभी दुनिया में सबसे अच्छी है।

यह भी देखें

संदर्भ

↑ ^1.0 ^1.1 ^1.2 Larry D. Wolfgang, ed. (1991). रेडियो शौकीनों के लिए एआरआरएल हैंडबुक, अड़सठवां संस्करण. Newington, Connecticut: American Radio Relay League. Chapter 10. ISBN 0-87259-168-9.
↑ ^2.0 ^2.1 Rohde, Ulrich (1988), Communication Receivers Principles and Design, McGraw Hill, ISBN 0-07-053570-1
↑ Generating frequency chirp signals to test radar systems (PDF), IFR corp.
↑ Holt, Charles (1978), Electronic Circuits, John Wiley & Sons, ISBN 0-471-02313-2
↑ ^5.0 ^5.1 Clark, Kenneth K. & Hess, Donald T. (1978). संचार सर्किट: विश्लेषण और डिजाइन. San Francisco, California: Addison-Wesley. pp. 216–222. ISBN 0-201-01040-2.
↑ Hittite Microwave Corp (2009). "Compact PLLs Integrate VCOs". Microwaves & RF Magazine.

[arrlhandbook-1] 1.0 ^1.1 ^1.2 Larry D. Wolfgang, ed. (1991). रेडियो शौकीनों के लिए एआरआरएल हैंडबुक, अड़सठवां संस्करण. Newington, Connecticut: American Radio Relay League. Chapter 10. ISBN 0-87259-168-9.

[Rohde88-2] 2.0 ^2.1 Rohde, Ulrich (1988), Communication Receivers Principles and Design, McGraw Hill, ISBN 0-07-053570-1

[ifr-3] Generating frequency chirp signals to test radar systems (PDF), IFR corp.

[Holt78-4] Holt, Charles (1978), Electronic Circuits, John Wiley & Sons, ISBN 0-471-02313-2

[clark_and_hess-5] 5.0 ^5.1 Clark, Kenneth K. & Hess, Donald T. (1978). संचार सर्किट: विश्लेषण और डिजाइन. San Francisco, California: Addison-Wesley. pp. 216–222. ISBN 0-201-01040-2.

[6] Hittite Microwave Corp (2009). "Compact PLLs Integrate VCOs". Microwaves & RF Magazine.

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