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:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Обнаружена бактерия, превращающая метан в электричество 02.05.2022 Микробиологи из Университета Наймегена в Нидерландах обнаружили, что бактерия Candidatus Methanoperedens способна превращать метан в полезную энергию. С помощью нее ученым удалось превратить 31% вредного газа в электричество. Бактерия Candidatus Methanoperedens относится к анаэробным метанотрофным археям - микробам, способным выживать в самых экстремальных условиях, даже там, где нет кислорода. Эти бактерии содержатся в пресной воде, загрязненной азотом, например в канавах и озерах. Для расщепления метана им нужен нитрат. Исследователи создали нечто вроде батареи с двумя "терминалами": один из них биологический, а другой - химический. Candidatus Methanoperedens вырастили на одном из электродов, где бактерии стали отдавать электроны, возникшие из-за расщепления метана. Так и удалось добиться превращения 31% производимого метана в электричество. Пока эффективность метода не высока, но ее можно увеличивать в процессе дальнейших экспериментов. "Это может быть очень полезным для энергетического сектора и окружающей среды. В биогазовых установках метан производят микроорганизмы, а затем его сжигают, это приводит в движение турбину. Меньше половины биогаза превращается в электроэнергию, и это максимально достижимая мощность. Мы хотим оценить, реально ли достичь большего", - объяснила соавторка исследования Корнелия Велте.

Другие интересные новости:

▪ Укус акулы

▪ Интернет-кабели становятся источниками электроэнергии

▪ Прибор низкочастотной радиочастотной идентификации ATA5558

▪ У каждого - своя реальность

▪ Туннель затыкается огромной пробкой

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Радиоуправление. Подборка статей

▪ статья Одним миром мазаны. Крылатое выражение

▪ статья Почему только в английском языке местоимение я пишется с заглавной буквы? Подробный ответ

▪ статья Работа с бензопилой. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Устройства на микросхеме MAX869L. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Передающая приставка TURBO-TEST. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026