Умножитель/делитель частоты цифровых сигналов с RC-цепочкой в цепи обратной связи

Журнал РАДИОЛОЦМАН, июнь 2019

Михаил Шустов, г. Томск

Приведено описание цифрового устройства с RC-цепочкой в цепи обратной связи, позволяющего в зависимости от значения постоянной RC-цепи умножать или делить частоту входного цифрового сигнала на дискретно регулируемое целочисленной значение

Делители частоты с регулируемой RC-цепочкой в цепи обратной связи отличаются исключительной простотой и не лишены определенных преимуществ и недостатков в сравнении с классическими делителями частоты цифровых сигналов [1–5].

Достоинства таковых делителей заключаются в том, что они позволяют ступенчато посредством регулировки сопротивления потенциометра менять коэффициент деления n в целочисленном его выражении (1, 2, 3,…, n) без перепайки и перекомпоновки устройства в весьма широких пределах (коэффициент деления может намного превышать 1000).

Разумеется, у подобных делителей есть и недостатки. Это способность обеспечить требуемый коэффициент деления только при неизменной частоте входного сигнала, а также зависимость коэффициента деления от скважности S этого сигнала.

Делитель частоты, Рисунок 1, собран на элементах «Исключающее ИЛИ» DD1.1 и повторителе DD2.1, выполняющем функции компаратора с порогом переключения U_ПИТ/2. Впрочем, для повторения устройства могут быть использованы и иные элементы цифровой техники с соответствующей коррекцией схемы, например, два элемента «Исключающее ИЛИ».

Рисунок 1.	Схема регулируемого целочисленного умножителя/делителя частоты импульсных сигналов.

Резистор R1 задает минимальный коэффициент деления, потенциометр R2 – максимальный. Период входных сигналов Т для обеспечения начального коэффициента деления n = 1 должен отвечать условию: T ≈ (3.9…4.6)R1C1. Так, например, для частоты входных сигналов 100 кГц (T = 10^–5 c) емкость конденсатора С1 = 10 нФ при R1 = 240 Ом. Напряжение питания устройства здесь и далее 10 В.

Динамика переходных процессов, наблюдаемая в контрольных точках устройства при n = 2, отображена на Рисунке 2.

Рисунок 2.	Динамика электрических процессов в различных точках устройства. Коэффициент деления 2.

При условии T < (3.9…4.6)R1C1 устройство радикально меняет свою функцию – становится умножителем частоты (см. Рисунок 3) с коэффициентом умножения 1.5. Выходные импульсы умножителя частоты имеют разную ширину и расположены неравномерно по оси времени, что в ряде случаев вполне допустимо. При увеличении коэффициента умножения устройство начинает генерировать пакеты коротких импульсов, усредненная частота которых на продолжительном отрезке времени кратно превышает частоту входного сигнала.

Рисунок 3.	Динамика электрических процессов в различных точках устройства. Коэффициент умножения 1.5.

Варьирование коэффициента заполнения импульсов входного сигнала сказывается на коэффициенте деления устройства, что следует учитывать при проектировании и эксплуатации делителя частоты.

Рисунок 4.	Зависимость коэффициента деления/умножения частоты n от коэффициента заполнения импульса входных сигналов D и суммы сопротивлений R1 + R2, Рисунок 1.

На Рисунке 4 показана зависимость коэффициента деления n (сплошная линия) или умножения частоты 1/n (пунктирная линия) при изменении коэффициента заполнения импульса входных сигналов D = 1/S и суммы сопротивлений R1 + R2. Емкость конденсатора C1 = 10 нФ, частота входных сигналов 100 кГц с амплитудой 10 В.

Рисунок 5.	Сумма сопротивлений R1 + R2 при C1 = 10 нФ, Рисунок 1, необходимая для получения коэффициента деления частоты n = 10 при варьировании значения коэффициента заполнения импульса входных сигналов D.

В качестве примера на Рисунке 5 для получения коэффициента деления частоты n = 10 приведена зависимость необходимой суммы сопротивлений R1 + R2 (C1 = 10 нФ; частота входных сигналов 100 кГц) при варьировании значения коэффициента заполнения импульса входных сигналов D от 50 до 100% (0.5…0.99).

Литература

Материалы по теме