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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Bildung einer Phasenverschiebung eines periodischen Signals. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Funkamateur-Designer Beim Entwurf radioelektronischer Geräte ist es manchmal erforderlich, Zeit- und Phasenverschiebungen gepulster periodischer Signale zu bilden. Eine Zeitverschiebung ist recht einfach zu erreichen (mithilfe eines wartenden Multivibrators, einer Differenzierschaltung oder einer Verzögerungsleitung). Komplizierter ist die Situation bei der Phasenverschiebung, da hier die Verzögerungszeit eine umgekehrte Funktion der Eingangsfrequenz ist. Der Autor des Artikels spricht über die dabei auftretenden Schwierigkeiten, Möglichkeiten zu deren Überwindung und gibt praktische Beispiele für die Nutzung der Ergebnisse seiner Arbeit. Zur Bildung einer Phasenverschiebung wird am häufigsten die digitale Methode verwendet, die jedoch Nachteile wie die Komplexität des Schaltens, die Verwendung eines Hilfsgenerators, die Einstellschritte und eine große Anzahl erforderlicher elektronischer Elemente aufweist [1]. Andere Methoden zur Bildung einer Phasenverschiebung werden in der Amateurfunkliteratur nicht ausreichend behandelt. Anstelle einer Phasenverzögerung wird häufig eine Zeitverzögerung mit Frequenzkorrektur verwendet, was zu einer erheblichen Nichtlinearität des Phasengangs oder zu einer Einengung des Betriebsfrequenzbandes von Geräten führt. Mittlerweile ermöglichen Analog-Digital-Schaltkreise mit einfachen Mitteln die Erzielung akzeptabler Phasenverschiebungsparameter in einem weiten Frequenzbereich. Die den Lesern zur Kenntnis gebrachte Phaseneinheit (Abb. 1, a) basiert auf einem D- oder RS-Trigger und erfordert keine Verwendung von Hilfsgeneratoren. Es beseitigt die Hauptprobleme beim Erhalten einer Phasenverschiebung relativ zu einem der Impulssequenzabfälle in einem weiten Frequenzbereich. Für positive Differenzen können die Eingänge C oder R des Triggers DD1 unabhängig voneinander verwendet werden (durch Anlegen eines Signals mit beliebigem Tastverhältnis an den Eingang C und kurze Impulse an den Eingang R über eine Differenzierschaltung). Wenn Sie das Eingangssignal invertieren, können Sie eine Phasenverschiebung für negative Abfälle realisieren.
Bei der positiven Differenz am Eingang C oder R schaltet Trigger DD1 in den Nullzustand und der Integrationskondensator C2 beginnt, sich über den inversen Ausgang des Triggers vom Stromgenerator G1 linear aufzuladen. Sobald die Spannung am Eingang S den Schwellenwert erreicht (für CMOS-Logik ist die Schwellenspannung Uthr ungefähr gleich Upit / 2), schaltet der Trigger in einen einzelnen Zustand und bis zum Eintreffen des nächsten positiven Abfalls wird der Kondensator C2 entladen durch den inversen Triggerausgang des Stromgenerators G2. Die Entladetiefe und damit die Zeit des anschließenden Ladens, die die Dauer des Ausgangsimpulses bestimmt, ist direkt proportional zum Strom I2 und umgekehrt proportional zur Frequenz. Aus der Ähnlichkeit der Umladekurven des Kondensators C2 (Diagramm UC2 in Abb. 1,b) ist ersichtlich, dass die Verschiebung der Ausgangsimpulse Uout, ausgedrückt in Winkeleinheiten (Phase), nicht von der Eingangsfrequenz abhängt , sondern vom Verhältnis der Stromwerte I1 und I2. Die Ausgangsphase kann durch Ändern des Stroms eines der Generatoren reguliert werden, wodurch die Erfüllung der Bedingung I1>I2 sichergestellt wird. In diesem Fall ist der minimale Winkel immer größer als Null, da der Kondensator C2 nicht sofort aufgeladen werden kann und der maximale Winkel etwas weniger als 180 Grad beträgt. (In der Nähe dieses Wertes geht der Knoten in den Oszillationsmodus). Die angegebene Phasenverschiebung ist innerhalb des Betriebsfrequenzintervalls stabil und wird bei einer starken Frequenzänderung nach einem kurzen Einschwingvorgang wiederhergestellt. Mit zunehmender Frequenz des Eingangssignals nimmt die Amplitude des variablen Anteils am Kondensator C2 ab und ab einem bestimmten Moment hört der Trigger auf, am Eingang S zu schalten, was einen begrenzenden Faktor darstellt. Der Einsatz des integrierten Timers KR1006VI1, der über empfindliche Eingangskomparatoren an den Eingängen des internen Triggers verfügt, erweitert das Frequenzintervall um mehr als das Zehnfache und ermöglicht in den meisten Fällen den Ersatz von Stromgeneratoren durch Widerstände, indem deren Widerstand geändert wird Es ist möglich, die vom Gerät erzeugte Phasenverschiebung zu steuern (Abb. 2).
Die Hauptparameter dieses Knotens sind wie folgt: die Grenzen der glatten Phasensteuerung -
Frequenzintervall - die Grenzen der Eingangsfrequenzänderung, bei der die angegebene Phase unverändert bleibt, - mehr als zehn Oktaven oder drei Dekaden, die niedrigere Frequenz ist umgekehrt proportional zur Kapazität des Kondensators C2 und kann Zehntel und Hundertstel Hertz erreichen , die obere Frequenz – bis zu Hunderten von Kilohertz, wie bei herkömmlichen Entspannungsgeräten. Um das Verhältnis der Widerstandswerte für eine bestimmte Phasenverschiebung auszuwählen (siehe Abb. 1), können Sie die Formel verwenden:
wobei K=Upit/Uthr (für CMOS-Logik K=2) und um die Phasenverschiebung aus dem bekannten Verhältnis des Widerstandswerts der Widerstände und der Schwellenspannung des Eingangs S des Triggers zu bestimmen – die Formel:
Die untere Eingangsfrequenz wird ungefähr aus dem Ausdruck geschätzt:
Die Berechnung des Phasenknotens am Timer KR1006VI1 weist einige Unterschiede auf, da der Kondensator C2 über die in Reihe geschalteten Widerstände R2 und R3 geladen, über den Widerstand R2 entladen wird und der Eingang S hier invertiert. Der Spannungsverlauf am Kondensator ist in diesem Fall im Vergleich zum Verlauf von UC2 in Abb. umgekehrt. 1b. Daher muss der Wert der Schwellenspannung nicht am gemeinsamen Draht, sondern an der Versorgungsspannung gemessen werden. Im betrachteten Fall ist Upor=2Upit/3, also K=1,5. In diesem Fall sieht Formel (2) wie folgt aus:
Der Widerstandswert des Widerstands R2 kann in den meisten Fällen mit 100 kOhm angenommen werden. Wenn der Winkel in Grad gemessen werden muss, wird in allen Formeln die Zahl Pi durch 180 Grad ersetzt. Die Verwendung der beschriebenen Phasenanordnung (Abb. 2) ermöglicht die Erstellung von Geräten mit minimalem Aufwand, die auf andere Weise nur schwer zu realisieren sind. So zum Beispiel in Abb. 3a zeigt eine Schaltung eines Frequenzverdopplers für ein beliebiges Tastverhältnissignal, der am Ausgang ein mäanderförmiges Signal liefert. Im Verdoppler erfolgt zunächst eine sequentielle Phasenverschiebung bis zu 270 Grad. Knoten A1-A3, danach werden die Zwischensignale modulo 2-Element D1 EXKLUSIV-ODER summiert. Die Verwendung des EXKLUSIV-ODER-Elements ist hier optional. Das gängigere NAND-Element ist völlig ausreichend. Die Signaldiagramme bleiben gleich. Diagramme in Abb. 3b veranschaulichen die Funktionsweise des Geräts. Ein ähnliches Gerät, das auf Standby-Multivibratoren [2] basiert, liefert ein ähnliches Ergebnis nur für eine Frequenz, deren Änderung eine Anpassung der Elementbewertungen erfordert.
Zur Bildung einer Drehspannung wird üblicherweise ein Gerät verwendet, bestehend aus einem Rechteckgenerator für eine dreifache Frequenz und einem Frequenzteiler durch 3, der für die entsprechende Phasenverschiebung an den Ausgängen sorgt. In manchen Fällen ist es bequemer, eine dreiphasige Spannung durch Multiplikation der Frequenz mit zwei Phasenverschiebungsknoten A1, A2 (Abb. 4) zu erhalten, was eine Verzögerung von 120 Grad ergibt.
Der dritte Zyklus bildet das Logikelement D1. Der Verteiler kann zur Versorgung von Drehstrommotoren mit variabler Drehzahl oder zur Steuerung eines Dreikanal-Multiplexers beim Schalten von Signalen verwendet werden. Die Form der Ausgangsimpulse ist in Abb. dargestellt. 4b. Ein weiteres Beispiel ist ein Zündzeitpunktregler für einen Automotor, der mit einem Kontakttransistor-Zündsystem ausgestattet ist. Mit einem solchen Regler können Sie den Betrieb des Motorzündsystems korrigieren, wenn Sie seinen Betriebsmodus direkt von der Kabine aus ändern [3]. Das vorgeschlagene Gerät (Abb. 5, a) besteht aus einem direkten Kanal zur Übertragung von Impulsen von den Kontakten S1 des Unterbrechers an das Zündsystem und zur Verzögerung der Impulse in einem bestimmten Winkel mithilfe einer Phaseneinheit. Nach Addition der Impulsfolgen am Logikelement D1 erhalten wir ein Ausgangssignal, das durch einen einstellbaren Zeitpunkt der Funkenbildung und eine nahezu konstante Dauer der Energieakkumulation in der Primärwicklung der Zündspule gekennzeichnet ist.
Literatur
Autor: S. Vychukzhanin, St. Petersburg
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07.05.2024 Verkehrslärm verzögert das Wachstum der Küken
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