Утроитель частоты цифрового сигнала

Texas Instruments CD4001B CD40106B CD4070B CD4077B SN74LS02 SN74LS86A

Журнал РАДИОЛОЦМАН, март 2019

Михаил Шустов, г. Томск

Приведены схемы электронных устройств, позволяющих утроить частоту входного цифрового сигнала

Как известно, в мире цифровых технологий не представляет больших проблем задача деления частоты цифрового сигнала в целое (2, 3, 4 …) число раз. Не так сложно и умножить частоту в 2, 4, 8 … раза. Известны даже умножители частоты в дробное число раз, например, в 4/3 раза (умножить на 4 и поделить на 3) [1, 2]. Намного сложнее обеспечить умножение частоты ровно в 3 раза.

Ниже приведено несколько схемотехнических решений, решающих эту проблему.

Работа рассмотренных ниже утроителей частоты цифровых сигналов основана на использовании элементов задержки и последующего логического суммирования входных и задержанных сигналов на элементах цифровой логики. В качестве элементов задержки используются RC-цепочки, а также сами логические элементы.

Утроитель частоты для диапазона 1…10 кГц.
Рисунок 1. Утроитель частоты для диапазона 1…10 кГц.

На Рисунке 1 приведена схема утроителя частоты, выполненная на КМОП-микросхемах CD40106 (КР1561ТЛ2) и CD4070 (К561ЛП2). Скважность входных сигналов равна двум. Устройство работает в диапазоне частот входных сигналов от 1 до 10 кГц. Вне пределов этого диапазона выходные импульсы сливаются. Для работы устройства в иной области частот необходим пересчет номиналов элемента задержки – RC-цепочки. Форма сигналов на выходе утроителя частоты приведена на Рисунке 2.

Форма сигналов на выходе утроителя частоты для двух ее значений.
Рисунок 2. Форма сигналов на выходе утроителя частоты
для двух ее значений.

Как следует из Рисунка 2, задача получения на выходе устройства утроенной частоты формально выполняется, однако выходные импульсы распределены во времени неравномерно и ширина их неодинакова. Равномерность распределения этих импульсов во времени, а также равную их ширину можно при необходимости обеспечить лишь для одной фиксированной частоты.

На Рисунке 3 показан следующий вариант утроителя частоты на КМОП-микросхемах CD4001 (К561ЛЕ5) и CD4077. В этом утроителе использованы два внешних элемента задержки – цепи R1C1 и R2C2. Устройство работает в диапазоне частот входных сигналов от 0.1 до 10 кГц.

Утроитель частоты для диапазона 0.1…10 кГц.
Рисунок 3. Утроитель частоты для диапазона 0.1…10 кГц.

Рисунок 4 иллюстрирует утроитель для частот 1…100 кГц, выполненный на ТТЛ-микросхемах SN74LS02 (К555ЛЕ1) и SN74LS86 (К555ЛП5).

Утроитель частоты для диапазона 1…100 кГц.
Рисунок 4. Утроитель частоты для диапазона 1…100 кГц.

Как уже отмечалось ранее, в качестве элементов задержки можно использовать сами логические элементы. Проблема лишь в том, что современные логические элементы отличаются крайне малыми временами задержек. В этой связи для того, чтобы получить приемлемые значения этих времен, приходится использовать последовательно включенные цепочки таких элементов. Утроитель частоты, Рисунок 5, выполненный на микросхемах CD40106 (КР1561ТЛ2) и CD4070 (К561ЛП2), способен работать в диапазоне частот от 0.1 до 1 МГц. Расширить этот диапазон в сторону более низких частот возможно за счет наращивания числа элементов задержки.

Утроитель частоты для диапазона 0.1…1 МГц.
Рисунок 5. Утроитель частоты для диапазона 0.1…1 МГц.

Следует особо заметить, что времена задержки при прохождении сигнала через логический элемент зависят от разновидности микросхемы, напряжения питания, температуры.

Литература

  1. Шустов М.А. Цифровая схемотехника. Основы построения. – СПб.: Наука и Техника, 2018. – 320 с.
  2. Шустов М.А. Цифровая схемотехника. Практика применения. – СПб.: Наука и Техника, 2018. – 432 с.

Материалы по теме

  1. Datasheet Texas Instruments CD4001B
  2. Datasheet Texas Instruments CD40106B
  3. Datasheet Texas Instruments CD4070B
  4. Datasheet Texas Instruments CD4077B
  5. Datasheet Texas Instruments SN74LS02
  6. Datasheet Texas Instruments SN74LS86A
CD4001B на РадиоЛоцман.Цены — от 5,39 до 1 075 руб.
6 предложений от 6 поставщиков
Логические элементы CMOS Quad 2-Input NOR Gate
ПоставщикПроизводительНаименованиеЦена
ТриемаTexas Instruments4001B (CD4001B) аналог КФ561ЛЕ5 smd5 руб.
ЭлитанIntersilCD4001B/8831 075 руб.
LifeElectronicsTexas InstrumentsCD4001B-F/3Aпо запросу
Океан ЭлектроникиTexas InstrumentsCD4001Bпо запросу
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя