Журнал РАДИОЛОЦМАН, август 2014
Einar Abell
EDN
Предлагается простой способ формирования многофазного тактового сигнала, при управлении частотой которого фазовые соотношения остаются практически неизменными.
Сдвиг фазы сигнала на втором выходе можно перестраивать практически от нуля до 180°, не затрагивая его частоту. Базовая схема содержит минимальное количество компонентов: один конденсатор, два резистора и два триггера Шмитта (Рисунок 1).
 |
|
| Рисунок 1. | Двухфазный генератор с регулировкой частоты и фазового сдвига. |
Частота является функцией емкости конденсатора C1 и суммы сопротивлений резисторов R1 и R2. Сигнал, опережающий по фазе сигнал на опорном выходе U1, формируется на выходе микросхемы U2, вход которой подключен к движку потенциометра R1. Когда уровень напряжения на выходе U1 высокий, и конденсатор C1 заряжается, напряжение на входе U2 будет больше, чем на входе U1, вследствие чего U2 переключится раньше, чем U1, то есть, опередит U1 по фазе. При низком уровне на выходе U1 напряжение на входе U2 будет ниже, чем на входе U1, и U2 опять будет впереди U1. Чем ближе друг к другу движки потенциометров R1 и R2, тем больше будут различаться фазы на двух выходах.
Входные пороги КМОП триггеров Шмитта не вполне симметричны по отношению к выходу, поэтому два фазовых сдвига не будут одинаковыми. Эта асимметрия особенно заметна при небольшом опережении фазы.
Резистор R1 управляет фазовым сдвигом, а с помощью R2 можно подстраивать частоту. Поскольку регулировка частоты приводит к изменению фазы, частоту надо всегда устанавливать первой, а фазу – последней. На схеме я показал переменные резисторы, но вы можете любой из них, или же оба, заменить постоянными, а также объединить R1 и R2 в один переменный резистор, отказавшись от управления частотой и ограничив диапазон регулировки. Небольшие различия в пороговых напряжениях микросхем U1 и U2 не позволят установить сдвиг фаз нулевым или близким к нулю.
Рисунок 2 демонстрирует способ управления частотой, при котором изменения фазы минимальны. В этой схеме резисторы R1 и R2 задают частоту сигнала, а R3 и R4 – фазу. Сумма сопротивлений резисторов R3 и R4 должна быть равна или больше суммы сопротивлений R1 и R2. Реальный диапазон перестройки частоты, который вам удастся получить, сохранив изменение фазы на приемлемо низком уровне, составит одну декаду или что-то около того. Добиться большего вам не удастся, поскольку схема будет работать плохо из-за фазового сдвига, вносимого входной емкостью U2, влияние которой на более высоких частотах становится весьма значительным.
 |
|
| Рисунок 2. | Генератор с уменьшенной зависимостью частоты от фазы. |
Для простоты я представил только двухфазную схему, но добавив еще какое-то количество резисторов или потенциометров, количество фаз можно увеличить. Так, например, если R3 на Рисунке 2 разделить на две равные части, а сигнал, взятый со средней точки, инвертировать относительно остальных двух фаз, можно получить в результате классическую трехфазную схему. Реализация схемы не ограничивается только КМОП триггерами Шмитта; в ней возможно также использовать генераторы, сделанные на основе компараторов или таймера 556.
