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