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

Texas Instruments CD4050B CD4070B

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 UПИТ/2. Впрочем, для повторения устройства могут быть использованы и иные элементы цифровой техники с соответствующей коррекцией схемы, например, два элемента «Исключающее ИЛИ».

Схема регулируемого целочисленного умножителя/делителя частоты импульсных сигналов.
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.

Динамика электрических процессов в различных точках устройства. Коэффициент деления 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.

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

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

Схема регулируемого целочисленного умножителя/делителя частоты импульсных сигналов.
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

  1. Шустов М.А. Регулируемый делитель частоты в целочисленное число раз // Радиолюбитель. – 2018. – № 8. – С. 17–18.
  2. Шустов М.А. Регулируемые делители частоты цифровых сигналов на RC-переходных процессах // Радиолюбитель. – 2018. – № 11. – С. 14–15.
  3. Шустов М.А. Цифровые формирователи трехфазного напряжения с ШИМ-управлением
  4. Шустов М.А. Две простые схемы: Регулируемый умножитель-делитель частоты. Регулируемый цифровой фильтр верхних/нижних частот // Радиоаматор. – 2019. – № 1–2. – С. 25.
  5. Shustov M.A., Shustov A.M. Frequency Divider with Adjustable Integer Division Factor // ElektorLabs. – 2019. – V. 45 (493). – № 1. – P. 13.

Материалы по теме

  1. Datasheet Texas Instruments CD4050B
  2. Datasheet Texas Instruments CD4070B
CD4050B на РадиоЛоцман.Цены
5 предложений от 5 поставщиков
Буферы и линейные аппаратные драйверы CMOS Hex Non-Invert Buffer/Conv
ПоставщикПроизводительНаименованиеЦена
ЭлектроПласт- ЕкатеринбургTexas InstrumentsCD4050B2по запросу
МосЧипTexas InstrumentsCD4050B/по запросу
ТаймЧипсTexas InstrumentsCD4050Bпо запросу
LifeElectronicsTexas InstrumentsCD4050B----CALLREPпо запросу
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя