Каталог радиолюбительских схем

В радиолюбительской практике нередки случаи, когда требуется умножитель входной частоты импульсной последовательности на постоянный коэффициент, в частности удвоитель частоты. Так, в автомобильном тиристорном блоке электронного зажигания с импульсным накоплением энергии удвоитель частоты позволяет использовать трансформатор меньших габаритов, в цифровом тахометре при низкой частоте вращения вала двигателя он позволяет уменьшить время счета и т. п.

Такие удвоители, срабатывающие по фронту и по спаду входных импульсов, реализуют обычно с применением логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Описываемый ниже удвоитель собран на более распространенных элементах ИЛИ-НЕ и И-НЕ. В нем предусмотрена возможность раздельного регулирования длительности выходных импульсов при срабатывании как по фронту, так и по спаду входного импульса высокого уровня. Форма входных импульсов может быть любой, однако предпочтительнее прямоугольная, с крутыми фронтом и спадом. Амплитуда импульсов должна соответствовать логическим уровням применяемых микросхем (обычно в пределах допуска на напряжение питания).

На рис. 1 показана схема удвоителя на двух элементах ИЛИ-НЕ, а на рис. 2 — графики напряжения в его характерных точках. В начальный момент конденсатор С1 разряжен, а С2 — заряжен почти до Uпит При появлении входного импульса высокого уровня конденсатор С1 заряжается через резистор R1, а С2 — быстро разряжается через диод VD2 и выход элемента DD1.1.

При уменьшении напряжения UC2 до порогового уровня Uпор на выходе элемента DD1.2 появляется импульс высокого уровня, оканчивающийся в момент увеличения напряжения UC1 до порогового. Таким образом, продолжительность выходного импульса определяется разницей между временем зарядки tзар конденсатора С1 и временем разрядки С2 (время задержки tзар элемента можно не учитывать ввиду его относительной малости).

Прямое сопротивление диода и сопротивление открытого входа элемента малы, поэтому в большинстве случаев ими можно тоже пренебречь. В результате длительность т_вых при срабатывании по фронту входного импульса равна примерно 0,7R1 С1 Uпор = 0.5Uпит.

При спаде входного импульса конденсатор С1 разряжается через диод VD1 и выход входного формирователя (или контакты S1 переключателя, показанные на рис. 1 штриховыми линиями), а конденсатор С2 заряжается через резистор R2. Длительность т_вых при срабатывании по спаду входного импульса равна 0.7R2C2.

Удвоитель на двух элементах И-НЕ (К561ЛА7) отличается от описанного тем, что диоды в нем включены в обратном направлении. Длительность выходных импульсов при срабатывании по фронту и по спаду входного импульса высокого уровня определяется соответственно постоянными времени цепей R2C2 и R1C1. При R1=R2=680 кОм и С1=С2=1000 пф длительность выходных импульсов низкого уровня равна 500 мкс.

При работе удвоителя от механических контактов длительность выходного импульса должна превышать длительность их “дребезга”, иначе возможны сбои. Из-за разницы значений времени зарядки и разрядки конденсаторов (могут отличаться в 10...1000 раз) после первого же переключения логический элемент останется в этом состоянии до конца выходного импульса.

Времязадающие конденсаторы можно подключать не к минусовому, а к плюсовому проводу питания. При этом фазы зарядки и разрядки конденсаторов меняются местами, а графики напряжения остаются без изменений.

Удвоители можно соединять последовательно, тогда выходная частота будет в 2ⁿ раз больше входной (n — число удвоителей). Постоянная времени каждого последующего удвоителя должна быть вдвое меньше, чем предыдущего.

Удвоители могут быть реализованы на микросхемах структуры КМОП серий К176, К561, 564. Диоды — маломощные кремниевые импульсные с малым обратным током, например, серий КД520-КД522. Времязадающие конденсаторы — керамические КМ6 или аналогичные.

Описанный удвоитель можно реализовать и на микросхемах ТТЛ. При использовании элементов ИЛИ-НЕ Времязадающие резисторы следует исключить. Конденсаторы будут заряжаться через входное сопротивление Rвх логического элемента, равное 2,8...40 кОм в зависимости от серии микросхемы, а разряжаться — через диод и открытый выход элемента. Длительность выходных импульсов высокого уровня определяет емкость соответствующего конденсатора — примерно 0,33RвхC. Диоды следует применять германиевые, с малыми прямым напряжением и обратным током , например, серий Д9, Д310, ГД402.

Удвоитель на элементах И-НЕ (рис. 3) по схеме и работе не отличается от его прототипа на элементах структуры КМОП, Однако этому варианту присущи недостатки. Так, конденсатор заряжается через выход элемента, выходное сопротивление которого в состоянии 1 в несколько раз больше, чем в состоянии 0. Сопротивление времязадающего резистора должно быть больше выходного сопротивления элемента, но не должно превышать 0,2Rвх. В результате снижается интервал изменения длительности т_вых, повышается время задержки и, как следствие, ухудшаются четкость переключения элемента и защита от “дребезга” контактов.

Длительность выходных импульсов низкого уровня удвоителя — (1,1...1,2) RC. Графики напряжения в характерных точках удвоителя на элементах И-НЕ показаны на рис. 4.

Б. РОВКОВ

г. Харьков, Украина

РАДИО № 9, 1993 г., с. 39.