Подвоювач ЧАСТОТИ ІМПУЛЬСІВ

У радіоаматорського практиці нерідкі випадки, коли потрібно помножувач вхідний частоти імпульсної послідовності на постійний коефіцієнт, зокрема подвоювач частоти. Так, в автомобільному тиристорним блоці електронного запалювання з імпульсним накопиченням енергії подвоювач частоти дозволяє використовувати трансформатор менших габаритів, в цифровому тахометрі при низькій частоті обертання вала двигуна він дозволяє зменшити час рахунку і т. п.

Такі подвоювач, що спрацьовують по фронту і по спаду вхідних імпульсів, реалізують зазвичай із застосуванням логічних елементів виключає АБО. Описуваний нижче подвоювач зібраний на більш поширених елементах АБО-НЕ і І-НІ. У ньому передбачена можливість роздільного регулювання тривалості вихідних імпульсів при спрацьовуванні як по фронту, так і по спаду вхідного імпульсу високого рівня. Форма вхідних імпульсів може бути будь-який, проте краще прямокутна, з крутими фронтом і спадом. Амплітуда імпульсів повинна відповідати логічним рівня застосовуються мікросхем (звичайно в межах допуску на напругу живлення).

На рис. 1 показана схема подвоювач на двох елементах АБО-НЕ, а на рис. 2 – графіки напруги в його характерних точках. У початковий момент конденсатор С1 розряджений, а С2 – заряджений майже до Uпіт При появі вхідного імпульсу високого рівня конденсатор С1 заряджається через резистор R1, а С2 – швидко розряджається через діод VD2 і вихід елемента DD1.1.

При зменшенні напруги UC2 до порогового рівня Uпор на виході елемента DD1.2 з'являється імпульс високого рівня, що закінчується в момент збільшення напруги UC1 до порогового. Таким чином, тривалість вихідного імпульсу визначається різницею між часом зарядки tзар конденсатора С1 і часом розрядки С2 (час затримки tзар елемента можна не враховувати зважаючи на його відносної малості).

Пряме опір діода і опір відкритого входу елемента малі, тому в більшості випадків ними можна теж знехтувати. В результаті тривалість т_вих при спрацьовуванні по фронту вхідного імпульсу дорівнює приблизно 0,7 R1 С1 Uпор = 0.5Uпіт.

При спаді вхідного імпульсу конденсатор С1 розряджається через діод VD1 і вихід вхідного формувача (або контакти S1 перемикача, показані на мал. 1 штриховими лініями), а конденсатор С2 заряджається через резистор R2. Загальна тривалість т_вих при спрацьовуванні по спаду вхідного імпульсу дорівнює 0.7R2C2.

Подвоювач на двох елементах І-НЕ (К561ЛА7) відрізняється від описаного тим, що діоди в ньому включені у зворотному напрямку. Загальна тривалість вихідних імпульсів при спрацьовуванні по фронту і по спаду вхідного імпульсу високого рівня визначається відповідно постійними часу ланцюгів R2C2 і R1C1. При R1 = R2 = 680 кОм і С1 = С2 = 1000 ПФ тривалість вихідних імпульсів низького рівня дорівнює 500 мкс.

При роботі подвоювач від механічних контактів тривалість вихідного імпульсу повинна перевищувати тривалість їх "брязкоту", інакше можливі збої. Через різницю значень часу зарядки і розрядки конденсаторів (Можуть відрізнятися в 10 … 1000 разів) після першого ж перемикання логічний елемент залишиться в цьому стані до кінця вихідного імпульсу.

Времязадающіе конденсатори можна підключати не до мінусової, а до плюсової проводу живлення. При цьому фази зарядки і розрядки конденсаторів міняються місцями, а графіки напруги залишаються без змін.

Подвоювач можна з'єднувати послідовно, тоді вихідна частота буде в 2 n разів більше вхідний (n – число подвоювач). Постійна часу кожного наступного подвоювач повинна бути вдвічі менше, ніж попереднього.

Подвоювач можуть бути реалізовані на мікросхемах структури КМОП серій К176, К561, 564. Діоди – малопотужні кремнієві імпульсні з малим зворотним струмом, наприклад, серій КД520-КД522. Времязадающіе конденсатори – Керамічні КМ6 або аналогічні.

Описаний подвоювач можна реалізувати і на мікросхемах ТТЛ. При використанні елементів АБО-НЕ Времязадающіе резистори слід виключити. Конденсатори будуть заряджатися через вхідний опір Rвх логічного елемента, що дорівнює 2,8 … 40 кОм залежно від серії мікросхеми, а розряджатися – через діод і відкритий вихід елемента. Загальна тривалість вихідних імпульсів високого рівня визначає ємність відповідного конденсатора – приблизно 0,33 RвхC. Діоди слід застосовувати германієвого, з малими прямим напругою і зворотним струмом, наприклад, серій Д9, Д310, ГД402.

Подвоювач на елементах І-НЕ (рис. 3) за схемою і роботі не відрізняється від його прототипу на елементах структури КМОП, Однак цього варіанту властиві недоліки. Так, конденсатор заряджається через вихід елемента, вихідний опір якого у стані 1 в кілька разів більше, ніж в змозі 0. Опір времязадающего резистора повинно бути більше вихідного опору елемента, але не повинна перевищувати 0,2 Rвх. В результаті знижується інтервал зміни тривалості т_вих, підвищується час затримки і, як наслідок, погіршуються чіткість перемикання елемента і захист від "брязкоту" контактів.

Загальна тривалість вихідних імпульсів низького рівня подвоювач – (1,1 … 1,2) RC. Графіки напруги у характерних точках подвоювач на елементах І-НЕ показані на рис. 4.

Б. Рівки

м. Харків, Україна

РАДІО № 9, 1993 р., с. 39.