Формирование фазового сдвига периодического сигнала. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Радиолюбителю-конструктору

 Комментарии к статье

Иногда при проектировании радиоэлектронных устройств возникает необходимость формирования временного и фазового сдвигов импульсных периодических сигналов. Временной сдвиг получить довольно просто (с помощью ждущего мультивибратора, дифференцирующей цепи или линии задержки). Сложнее дело обстоит с фазовым сдвигом, так как в этом случае время задержки является обратной функцией входной частоты.

Автор статьи рассказывает о возникающих здесь трудностях, путях их преодоления, дает практические примеры использования результатов своей работы.

Для формирования фазового сдвига чаще всего применяют цифровой способ, но ему свойственны такие недостатки, как сложность коммутации, применение вспомогательного генератора, ступенчатость регулировки и большое число требуемых электронных элементов [1].

Другие методы формирования фазового сдвига недостаточно освещены в радиолюбительской литературе. Нередко вместо фазовой применяют временную задержку с частотной коррекцией, а это приводит к значительной нелинейности фазочастотной характеристики или к сужению рабочей частотной полосы устройств. Между тем аналого-цифровая схемотехника позволяет простыми средствами получить приемлемые параметры фазового сдвига в широком частотном интервале.

Предлагаемый вниманию читателей фазовый узел (рис. 1,а) выполнен на D- или RS-триггере и не требует применения вспомогательных генераторов. Он снимает основные проблемы получения фазового сдвига относительно одного из перепадов импульсной последовательности в широком частотном интервале. Для плюсовых перепадов входы С или R триггера DD1 можно использовать независимо (подавая на вход С сигнал любой скважности, а на вход R - короткие импульсы через дифференцирующую цепь). Если инвертировать входной сигнал, можно реализовать сдвиг фазы для минусовых перепадов.

По плюсовому перепаду на входе С или R триггер DD1 переключается в нулевое состояние и интегрирующий конденсатор С2 начинает линейно заряжаться через инверсный выход триггера от генератора тока G1. Как только напряжение на входе S достигнет порогового (для логики КМОП пороговое напряжение Uпор примерно равно Uпит/2), триггер переключается в единичное состояние и до прихода следующего плюсового перепада будет происходить разрядка конденсатора С2 через инверсный выход триггера от генератора тока G2. Глубина разрядки, а следовательно, и время последующей зарядки, определяющее длительность выходного импульса, прямо пропорциональна току I2 и обратно пропорциональна частоте.

Из подобия кривых перезарядки конденсатора С2 (график UC2 на рис. 1,б) видно, что сдвиг выходных импульсов Uвых, выраженный в угловых единицах (фаза), зависит не от входной частоты, а от отношения значений тока I1 и I2. Регулировать выходную фазу можно изменением тока одного из генераторов, обеспечивая выполнение условия I1>I2. При этом минимальный угол будет всегда больше нуля, так как конденсатор С2 не может быть заряжен мгновенно, а максимальный - несколько меньше 180 град. (вблизи этого значения узел переходит в колебательный режим). Заданный сдвиг фазы стабилен в пределах рабочего частотного интервала, а при резком изменении частоты восстанавливается после кратковременного переходного процесса.

По мере повышения частоты входного сигнала амплитуда переменной составляющей на конденсаторе С2 уменьшается и, начиная с некоторого момента, триггер перестанет переключаться по входу S, что является ограничивающим фактором. Применение интегрального таймера КР1006ВИ1, имеющего на входах внутреннего триггера чувствительные входные компараторы, расширяет частотный интервал более чем в десять раз и позволяет в большинстве случаев заменить генераторы тока резисторами, изменением сопротивления которых можно регулировать фазовый сдвиг, формируемый устройством (рис. 2).

Основные параметры этого узла таковы: пределы плавного регулирования фазы -

частотный интервал - пределы изменения входной частоты, при которой заданная фаза остается неизменной, - более десяти октав или трех декад, нижняя частота - обратно пропорциональна емкости конденсатора С2 и может достигать десятых и сотых долей герца, верхняя частота - до сотен килогерц, как и для обычных релаксаторов.

Для выбора соотношения номиналов резисторов по заданному фазовому сдвигу (см. рис. 1) можно использовать формулу:

где K=Uпит/Uпор (для логики КМОП K=2), а для определения фазового сдвига по известному соотношению значения сопротивления резисторов и пороговому напряжению входа S триггера - формулу:

Нижнюю входную частоту ориентировочно оценивают из выражения:

Расчет фазового узла на таймере КР1006ВИ1 имеет некоторое отличие в связи с тем, что конденсатор С2 заряжается через последовательно соединенные резисторы R2 и R3, разряжается через резистор R2, а вход S здесь инвертирующий. График напряжения на конденсаторе в этом случае будет инверсным по сравнению с графиком UC2 на рис. 1,б. Поэтому значение порогового напряжения необходимо отсчитывать не от общего провода, а от напряжения питания. В рассматриваемом случае Uпор=2Uпит/3, т. е. K=1,5. Для этого случая формула (2) будет иметь вид:

Сопротивление резистора R2 в большинстве случаев можно принять равным 100 кОм. Если угол нужно отсчитывать в градусах, то во всех формулах число пи заменяют на 180 град. Применение описанного фазового узла (рис. 2) позволяет с минимальными затратами создавать устройства, трудно реализуемые другими способами. Так, например, на рис. 3,а показана схема удвоителя частоты сигнала произвольной скважности, обеспечивающего на выходе сигнал формы "меандр". В удвоителе сначала происходит последовательный сдвиг фазы до 270 град. узлами А1-А3, после чего промежуточные сигналы суммирует по модулю 2 элемент D1 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Применение здесь элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ не обязательно. Вполне достаточно более распространенного элемента И-НЕ. Диаграммы сигналов при этом остаются прежними. Графики на рис. 3,б иллюстрируют работу устройства. Подобное устройство, построенное на ждущих мультивибраторах [2], обеспечивает аналогичный результат только для одной частоты, при изменении которой требуется корректировка номиналов элементов.

Для формирования трехфазного напряжения обычно используют узел, состоящий из генератора прямоугольных импульсов на утроенную частоту и делителя частоты на 3, обеспечивающего на выходах соответствующий фазовый сдвиг. В отдельных же случаях бывает удобнее получать трехфазное напряжение умножением частоты с помощью двух фазосдвигающих узлов А1, А2 (рис. 4), дающих задержку на 120 град.

Третий такт формирует логический элемент D1. Распределитель может быть применен для питания трехфазных двигателей с регулируемой частотой вращения ротора или для управления трехканальным мультиплексором при коммутации сигналов. Форма выходных импульсов представлена на рис. 4,б.

Еще один пример - регулятор угла опережения зажигания для двигателя автомобиля, оснащенного контактной транзисторной системой зажигания. Подобный регулятор позволяет корректировать работу системы искрообразования двигателя при изменении его режима работы непосредственно из кабины [3]. Предлагаемое устройство (рис. 5,а) состоит из прямого канала передачи импульсов с контактов S1 прерывателя к системе зажигания и задерживающего импульсы на заданный угол с помощью фазового узла. После сложения импульсных последовательностей на логическом элементе D1 И получим выходной сигнал, характеризуемый регулируемым моментом формирования искры и почти постоянной длительностью накопления энергии в первичной обмотке катушки зажигания.

Литература

1. Бирюков А. Цифровой октан-корректор. - Радио, 1987, № 10, с. 34 - 37.
2. Шифрин А. Удвоение частоты импульсного сигнала. - Радио, 1992, № 12, с. 32.
3. Беспалов В. Корректор угла ОЗ. - Радио, 1988, № 5, с. 17, 18.

Автор: С.Вычукжанин, г.Санкт-Петербург

Смотрите другие статьи раздела Радиолюбителю-конструктору.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Чувства кота, ожидаюшего возвращения хозяина 16.07.2026

Многие владельцы кошек уверены, что их питомцы совершенно равнодушны к уходу человека из дома. Считается, что кошки - независимые существа, которые спокойно переносят одиночество и даже радуются, оставаясь одни. Однако испанские специалисты по поведению животных считают, что реальность гораздо сложнее. Реакция кошки на отсутствие хозяина зависит от ее индивидуального характера, степени привязанности к человеку и привычного распорядка дня. Кошки хорошо запоминают ежедневные ритуалы своих владельцев. Они способны связывать определенные звуки - звон ключей, шаги у двери или звук закрывающегося замка - с предстоящим уходом человека. Для одних животных эти сигналы означают возможность спокойно лечь спать, а для других становятся причиной беспокойства и длительного ожидания возвращения хозяина. Таким образом, кошка не просто "не замечает" уход, а активно реагирует на связанные с ним изменения в окружающей обстановке. Исследования поведения кошек показывают, что некоторые из них действи ...>>

Целесообразность приема пробиотиков после курса антибиотиков 16.07.2026

Антибиотики остаются одним из самых мощных инструментов современной медицины в борьбе с бактериальными инфекциями. Однако их действие не ограничивается уничтожением только вредных микроорганизмов. Эти препараты способны существенно влиять на состав кишечной микрофлоры, что часто вызывает вопросы у пациентов: насколько серьезны эти изменения, как долго они сохраняются и нужно ли после курса антибиотиков принимать пробиотики для восстановления. На эти вопросы попытались ответить исследователи, проанализировав имеющиеся научные данные. Во время приема антибиотиков многие люди сталкиваются с неприятными симптомами со стороны пищеварительной системы: тошнотой, болями или спазмами в животе, а также диареей. Такие реакции возникают потому, что препараты воздействуют не только на возбудителей инфекции, но и на полезные бактерии, которые населяют кишечник и участвуют в пищеварении, синтезе витаминов и поддержании иммунитета. Некоторые антибиотики, например азитромицин, могут напрямую влия ...>>

Резкое похудение и возврат веса могут навредить сердцу 15.07.2026

Многие люди, желая быстро избавиться от лишних килограммов, прибегают к строгим диетам с резким ограничением калорий. Достигнув желаемого результата, они часто постепенно или быстро возвращаются к прежнему рациону и прежнему весу. На первый взгляд это кажется лишь вопросом внешнего вида, однако ученые предупреждают: постоянные колебания массы тела могут оказывать негативное влияние на сердечно-сосудистую систему и обмен веществ. Так называемый эффект йо-йо, когда периоды активного похудения сменяются повторным набором веса, становится все более распространенным явлением. Новые исследования указывают на возможную связь между такими циклами и ухудшением работы сердца. Организм способен адаптироваться к изменениям питания, но постоянное повторение резких переходов между ограничением калорий и перееданием создает дополнительную нагрузку на различные системы. В одном из экспериментов на лабораторных животных исследователи моделировали эффект йо-йо, периодически снижая калорийность рац ...>>

Случайная новость из Архива Песни китов помогут в изучении геологии морского дна 17.02.2021 Геологи обнаружили, что низкочастотные акустические сигналы китов способны проникать в толщу земной коры, а отраженный от нее сигнал позволяет "просветить" породы глубоко ниже океанского дна. Синие киты и близкие к ним финвалы общаются "песнями", издавая самые низкочастотные звуковые волны во всем животном царстве - от 16 до 40 герц. Такие волны могут достигать энергии в 189 децибел, далеко распространяясь в воде и даже проникая в глубину осадочных пород на дне моря. Отраженный земной корой сигнал можно зарегистрировать, получив новую информацию о структуре земной коры в том или ином участке океана. С таким предложением выступили Джон Набелек и Вацлав Куна из Института геофизики Чешской академии наук. Ученые на практике продемонстрировали, что вокализации финвалов способны служить инструментами для изучения структуры океанской коры. Авторы использовали записи шести песен одного и того же финвала, сделанные в северо-восточной части Тихого океана в 2012-2013 годах. Каждая из них длилась от 2,5 до 4,9 часа, а акустические сигналы улавливались сетью из 54 сейсмометров, установленных в этом регионе. Были зарегистрированы и сигналы, отраженные от лежащих ниже дна участков земной коры. Слои породы с разными свойствами по-своему влияют на отражение и движение акустических волн, позволяя реконструировать внутреннюю структуру литосферы. Специалисты активно используют такие колебания, создаваемые движениями коры и землетрясениями. Однако и песни китов оказались достаточно мощными для того, чтобы "просвечивать" литосферу. Набелек и Куна показали, что собранные записи песен кита позволяют рассмотреть дно на пути его следования. В этом случае оно оказалось довольно типичным: от 400 до 650 метров осадочных пород, 1,8-километровый слой твердого базальта, ниже которого начинается габбро подлежащего слоя океанской коры.

Другие интересные новости:

▪ 32-битный микроконтроллер V850E/RS1

▪ Конец видеомагнитофонов от PANASONIC

▪ Космический робот-разведчик с микробным питанием

▪ Микробы окрасят джинсы

▪ Вечная микрогравюра на алмазе

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электронные справочники. Подборка статей

▪ статья Политика с позиции силы. Крылатое выражение

▪ статья С какого времени в нашу пищу попал кофеин? Подробный ответ

▪ статья Цедрат. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Клеевые мыла. Простые рецепты и советы

▪ статья Импульсный стабилизатор с защитой, 12,6 вольт 1,5 ампера. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026