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:

Власть является ключевым фактором счастья в отношениях 11.03.2026

Исследования семейных и романтических отношений показывают, что длительное счастье пары зависит не только от привычных факторов, таких как доверие, уважение и преданность, но и от более тонких психологических аспектов. Современные ученые ищут закономерности, которые отличают действительно счастливые пары от остальных, чтобы понять, какие механизмы поддерживают гармонию в отношениях. Группа исследователей из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге и Бамбергского университета провела опрос среди 181 пары, которые состояли в совместных отношениях более восьми лет и прожили вместе хотя бы месяц. Участники заполняли анкету, описывая различные аспекты своих отношений, включая распределение обязанностей, эмоциональную поддержку и степень вовлеченности в совместные решения. Анализ данных показал интересный паттерн: пары, где оба партнера ощущали высокий уровень личной власти, оказывались наиболее счастливыми и удовлетворенными. В данном контексте под властью понимается способност ...>>

Защищенная колонка-повербанк Anker Soundcore Boom Go 3i 11.03.2026

Компания Anker представила новую модель линейки Soundcore - колонку Soundcore Boom Go 3i, ориентированную на активное использование на улице. Новинка отличается высокой степенью защиты: корпус соответствует стандарту IP68, что обеспечивает водо- и пыленепроницаемость, а ударопрочный дизайн выдерживает падение с высоты до одного метра. За качество звука отвечает 15-ваттный драйвер, обеспечивающий пик громкости до 92 дБ, а технология BassUp 2.0 усиливает низкие частоты, делая звучание более насыщенным. Колонка обладает автономностью до 24 часов, а LED-индикатор позволяет контролировать уровень заряда батареи. Кроме того, Soundcore Boom Go 3i может выполнять функцию павербанка: согласно внутренним тестам, устройство способно зарядить iPhone 17 с нуля до 40% за один час, что делает его полезным аксессуаром в походах и поездках. Среди функциональных особенностей модели стоит выделить технологию Auracast, которая улучшает подключение и позволяет создавать стереопару из двух колонок ...>>

Раннее воздержание от алкоголя перестраивает мозг и иммунитет 10.03.2026

Алкогольная зависимость - хроническое расстройство с компульсивным употреблением спиртного, которое влияет не только на поведение, но и на функционирование мозга и иммунной системы. Недавние исследования показали, что даже на ранних этапах воздержания организм начинает перестраиваться, открывая новые возможности для терапии зависимости. Ученые сосредоточились на пациентах, находящихся в первые недели абстиненции, и зафиксировали значительные изменения в мозговой активности. С помощью функциональной магнитно-резонансной томографии они выявили перестройку сетей нейронных связей, отвечающих за контроль импульсов и принятие решений. Эти изменения могут быть ключевыми для восстановления самоконтроля и снижения риска рецидива. Одновременно с нейронной перестройкой исследователи наблюдали колебания иммунной системы. В крови повышался уровень цитокинов - сигнальных белков, регулирующих воспалительные процессы. Эти данные свидетельствуют о существовании нейроиммунного взаимодействия, при ...>>

Случайная новость из Архива Марс и его вулканическое прошлое 01.07.2018 Всем известно, что на Марсе находится наибольший по размеру вулкан в известных нам пределах Солнечной Системы - названный в качестве Олимпа, данный вулкан, как оказалось, содержит в себе также наибольшее количество вулканических отложений. Впрочем, данное предположение пока что остается таковым, однако некоторые найденные и доказанные факты о географии Марса явно указывают на реалистичность такого итога. Специалисты ранее обнаружили так же так называемую каменную формацию Medusae Fossae, чье происхождение до сих пор оставалось для ученых предметом множества споров - который сегодня был частично разрешен в пользу теории о последствия извержения вулкана. Это достаточно популярная и наиболее вероятная гипотеза о происхождении данной каменной формации в пределах экватора Марса - она покрывает примерно 2 миллиона квадратных километров и впервые была обнаружена еще в 1963-ом году. Используя комбинированные снимки и радиографические доказательства с разных космических аппаратов вблизи Марса, ученые выдвинули строгое убеждение в том, что формация преимущественно состоит из так называемого мягкого камня, образованного из 2/3 марсианской поверхности и льда. Именно обнаружение там льда указывает на то, что данная каменная гряда - как и большая часть территории Марса - стала результатом объемного и разрушительного вулканического извержения, произошедшего, по предварительным подсчетам специалистов, около 2 миллиардов лет тому назад. Кроме того, специалисты добавляют, что сюда примешались и ветра. Таким образом, предыдущая теория о том, что большая часть поверхности Марса сформировалась таким образом именно вследствие массового вулканического извержения, по-видимому, находит свое подтверждение в недавних находках каменной гряды. Стоит также отметить тот момент, что ученые до сих пор работают над возможностью установить, насколько они точны в своих расчет в отношении слоистости каменной формации - потому как более детальная расшифровка ее состояния позволит в теории значительно обогатить понимание формирования планет и звезд.

Другие интересные новости:

▪ Цифровой видеомагнитофон

▪ Выведен полезный сорт кукурузы для попкорна

▪ 34" IPS монитор LG 34UM95 с разрешением 3440 x 1440 точек

▪ Бесплатные зашифрованные звонки телефонов iPhone

▪ Офисное здание могут напечатать на 3D-принтере

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Светодиоды. Подборка статей

▪ статья Генрих Гейне. Знаменитые афоризмы

▪ статья Почему коровы жуют жвачку? Подробный ответ

▪ статья Рекрутер. Должностная инструкция

▪ статья Усилитель на микросхеме TDA2030, 14 ватт. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Стабилизатор из двигателя, 5,5-14/5 вольт 150 миллиампер. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026