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:

Горячие напитки высвобождают миллионы частиц пластика 08.09.2026

Бумажные стаканчики давно стали привычной альтернативой пластиковым: их используют в кофейнях, офисах и заведениях быстрого питания для кофе, чая и других напитков. Однако название "бумажный" не означает, что такая посуда полностью состоит из бумаги. Чтобы стаканчик не размокал, его внутреннюю поверхность покрывают тонким слоем полимера. Исследователи из Университета Квинсленда решили выяснить, что происходит с этими покрытиями при контакте с горячей жидкостью, и обнаружили, что вместе с напитком из них могут высвобождаться чрезвычайно мелкие частицы пластика. В ходе лабораторных экспериментов специалисты изучили два типа одноразовых бумажных стаканчиков. В одном случае внутренняя поверхность была защищена традиционным полиэтиленовым покрытием, а в другом использовался полимер на основе полимолочной кислоты (PLA), который часто рассматривается в качестве более экологичной альтернативы обычному пластику. Полимолочная кислота способна биологически разлагаться при определенных условиях ...>>

Графен приближает идею космического лифта 08.09.2026

Вывод грузов за пределы Земли сегодня остается сложным и дорогостоящим процессом: каждый запуск требует огромного количества топлива, а значительная часть конструкции ракеты используется всего один раз. Поэтому идея космического лифта, возникшая еще много десятилетий назад, продолжает привлекать внимание инженеров и исследователей. Вместо множества отдельных ракетных стартов предлагается создать постоянную транспортную систему между Землей и космосом, по которой грузы перемещались бы с помощью электричества. Последние достижения в производстве поликристаллического графена вновь заставили специалистов обсуждать эту концепцию не только как фантастическую идею, но и как потенциальный инженерный проект. Основным элементом будущего сооружения должен стать сверхпрочный трос. Согласно концепции Международного консорциума космического лифта (ISEC), он должен начинаться у экватора и простираться примерно на 100 000 километров в космос, значительно дальше геостационарной орбиты. На внешнем ко ...>>

Робот Bean-Bot без моторов и программирования 07.09.2026

Робототехнику трудно представить без электродвигателей, аккумуляторов, датчиков и управляющего программного обеспечения. Однако исследователи Итальянского технологического института продемонстрировали, что для выполнения довольно сложных движений все эти компоненты иногда вовсе не обязательны. Созданный ими миниатюрный робот Bean-Bot способен самостоятельно прыгать, катиться, скользить, переворачиваться и преодолевать наклонные поверхности, используя энергию нагрева и особенности собственной конструкции. Идея разработки возникла благодаря необычному природному механизму. За основу специалисты взяли мексиканскую фасоль, которая способна неожиданно перемещаться из-за находящейся внутри семени личинки моли. В лаборатории биомиметической мягкой робототехники эту природную особенность переосмыслили с инженерной точки зрения. Получившийся Bean-Bot представляет собой легкую оболочку характерной формы, пружину из материала с памятью формы и несколько магнитов. Основным источником энергии ...>>

Случайная новость из Архива Лжеца можно определить по его тексту 01.03.2012 Как известно, лгущего человека можно вычислить по движению глаз или языку тела. Теперь выясняется, что его могут выдать написанные им тексты. Исследование, проведенное группой психологов США, показывает, что на интернет-сайтах знакомств лжеца можно идентифицировать с вероятностью 65%. Ученые изучили четыре веб-сайта и сравнили то, что пишут о себе 78 постоянных посетителей, с их реальными характеристиками - весом, ростом и возрастом. Ученые обнаружили, что "лжецы" избегают пользоваться местоимением "я". По словам возглавлявшей исследование Каталины Тома из Университета Висконсин-Мэдиссон, это происходит потому, что лгущие люди подсознательно стремятся дистанцироваться от своей лжи. Выяснилось также, что лжецы предпочитают пользоваться отрицаниями. Так, вместо слова "счастливый" они чаще пишут "не грустный", вместо "удивительный" - не скучный" и т.д. Также психологи выяснили, что человек, сообщивший в своем профайле неверные сведения о себе избегает разговоров о том, как он выглядит. Психологи заявляют, что неверную информацию о себе давали почти все посетители сайтов знакомств, но в основном они лгали не сильно. Самый частый предмет для лжи - вес. Женщины в среднем снижали его себе на 4 кг, мужчины - на 600 грамм. Половина посетителей говорили неправду о своем росте, каждый пятый - о своем возрасте. Ученые проверили также, узнают ли лжецов другие посетители сайтов. Они предложили нетренированным добровольцам определить, кто из посетителей говорит о себе неправду. Эффект был нулевой - никому не удалось распознать лжецов. "Им проще было бы подбрасывать монетку", - утверждает Тома. "Когда-нибудь, - говорит она, - может появиться программа, распознающая, правду ли говорит о себе тот, кто заинтересовал вас. Это лишь вопрос времени". Ученые проверили также, узнают ли лжецов другие посетители сайтов. Они предложили нетренированным добровольцам определить, кто из посетителей говорит о себе неправду. Эффект был нулевой - никому не удалось распознать лжецов. "Им проще было бы подбрасывать монетку", - утверждает Тома. "Когда-нибудь, - говорит она, - может появиться программа, распознающая, правду ли говорит о себе тот, кто заинтересовал вас. Это лишь вопрос времени".

Другие интересные новости:

▪ Воскрешение сердца после смерти

▪ Внутрисосудистая хирургия

▪ Подводные вулканы способны обогреть целые континенты

▪ LED драйверы Mean Well с функцией Smart Timer Dimming

▪ Добыча железа на Марсе

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Узлы радиолюбительской техники. Подборка статей

▪ статья Мать Тереза. Знаменитые афоризмы

▪ статья Кто первым использовал криптографию для переписки? Подробный ответ

▪ статья Однополозные сани. Личный транспорт

▪ статья Доработка сварочного аппарата. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Оптическая модель Говорящего бюста. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026