Как очень просто удвоить частоту импульсов

Удвоитель частоты на микросхеме CD4069

Удвоитель частоты, использующий ИС 4069 , может удвоить частоту, чтобы дать выходную последовательность импульсов, частота которых вдвое превышает частоту входного сигнала с квадратной волной. Сигнал подается на вход N1. Должна быть прямоугольная волна с рабочим циклом приблизительно 50% на уровне, совместимом с логикой CMOS (от 3 до 15 В в зависимости от напряжения питания).

Входной сигнал буферизуется и инвертируется с помощью N1 и снова инвертируется N2, поэтому выходы A и B из N1 и N2 являются прямоугольными сигналами на 180 ° по фазе. Выход N1 дифференцируется C1 и R1, а выход N2 дифференцируется через C2 и R2, давая две формы всплесков C и D, 180 ° не в фазе. Сигналы буферизуются, инвертируются и формируются с помощью N3 и N4. Затем их объединяют в логический элемент NOR, состоящий из D1, D2, R3 и N5, и, наконец, инвертируют N6, чтобы получить частоту, вдвое превышающую частоту входного сигнала. Схема будет работать в широком диапазоне частот. При показанных значениях компонентов ширина импульсов в точке E и F составляет около 500 нс, поэтому рабочий цикл выхода будет составлять 50%, если частота равна 1 МГц, когда входная частота составляет 500 кГц. B AM AM Bosschaert

Микросхема CD4069BE производства National Semiconductor содержит 6 инверторов стандартной КМОП логики. Корпус: DIP-14.

Внутренняя схема одного инвертора

Расположение выводов микросхемы CD4069

Микросхема CD4069BE по входным и выходным уровням сигналов совместима с другими ИС стандартной КМОП логики серии 40xx/К561, а при напряжении питания 5 вольт также с ИС ТТЛ логики. Выходы микросхемы CD4069BE допускают нагрузку на один ТТЛ вход серии 74LS/К555. Более подробную информацию Вы можете узнать, скачав документацию.

Умножители частоты для УКВ радиоаппаратуры

Схемы простых умножителей частоты для УКВ радиоаппаратуры, что такое умножитель частоты и как он работает.

Для работы любительских радиостанций на высокочастотных участках УКВ и СВЧ диапазонов гетеродины приемников и передатчиков становятся многокаскадными.

Задающий генератор, который является первым каскадом гетеродина, обычно работает на довольно низкой частоте. Делается это по разным причинам:

• На низких частотах проще подобрать необходимый кварцевый резонатор или создать более благоприятные условия для стабилизации частоты в генераторах с параметрической стабилизацией.
• На низких частотах легче организовывать управление частотой генератора.
• Отсутствие у радиолюбителей высокочастотных кварцевых резонаторов.

Многокаскадный гетеродин состоит из генератора и последующих нескольких каскадов умножения частоты до необходимой рабочей величины.

Так, например, если нам необходимо для КВ радиоприемника, имеющего любительский диапазон 21 МГц разработать конвертер для приема сигналов в диапазоне 145 МГц, — нужно создать гетеродин с рабочей частотой 123 МГц. Получить такую рабочую частоту можно несколькими способами, с использованием самых разнообразных кварцевых резонаторов.

Одним из вариантов может быть применение КР на частоту 13,66 МГц. В этом случае собственно генератор должен генерировать частоту 13,66 МГц, а следующие два каскада должны выполнить умножение этой частоты в 9 раз, т.е. каждый из каскадов должен умножать частоту на 3, или, как говорят, каждый из этих каскадов должен работать в режиме утроителя частоты.

Как правило, умножительные каскады в большее число раз в любительской практике используются редко.

Схемы простых умножителей частоты

Фактически умножитель частоты не является каким-то необычным, специальным каскадом, а представляет собой обычный усилительный каскад высокой частоты. На рис. 1 и Рис. 2 приведены две схемы простых умножителей частоты.

Схема на рис. 1 представляет собой обычный каскад УВЧ. Резисторами R1, R2 и R3 устанавливается режим работы транзистора VТ1. Контур L1C3 должен быть настроен на частоту нужной гармоники электромагнитных колебаний, поступающих на этот каскад через С1 от каскада предыдущего.

Выделенный в контуре L1C3 сигнал нужной частоты подается к следующему каскаду через конденсатор С5. Резистор R4 и конденсатор С2 предотвращают попадание ВЧ энергии в цепи питания (являются блокировочными элементами).

Рис. 1. Схема умножителя частоты.

Рис. 2. Схема умножителя частоты, второй вариант.

Схема на рис. 2 уже имеет значительные отличия от предыдущей схемы. Главное отличие в том, что транзистор VТ1 в этой схеме работает в ключевом режиме, т.е. ток через транзистор протекает только во время прохождения через базу транзистора импульса положительного полупериода колебаний, которые поступают через С1.

Контур L1C3 является параллельной нагрузкой, настроенной на частоту нужной гармоники. Выделенный в этом контуре сигнал нужной частота подается к следующему каскаду через С4.

Схемы двухтактных удвоителей

Требование о необходимости содержания в сигнале гетеродина минимальных шумов, которые зависят от наличия в сигнале большого числа гармоник, поставило задачу уменьшить число этих гармоник.

Выполнить поставленную задачу удается с помощью специальных двухтранзисторных умножителей, в которых эти два транзистора включены по двухтактной схеме. На рис. 3. приведена принципиальная схема двухтактного удвоителя частоты.

Транзисторы на схеме рис. 3 включены по так называемой двухтактной схеме. Дело в том, что на базы этих транзисторов поступают противофазные сигналы и в течение одного из полу-периодов поступающего сигнала работает транзистор VT1, а в течение второго полупериода работает транзистор VT2.

Поскольку эти два транзистора работают на общую для них нагрузку, то в этой нагрузке, за один период частоты поступающего на каскад сигнала, возникают два периода уже новой, удвоенной частоты.

Если поступающий на такой каскад сигнал достаточно сильный, то точно таким же образом на выходе можно выделить и четвертую гармонику поступающего на вход сигнала.

Как вы уже заметили, двухтактный удвоительный каскад выделяет в своей нагрузке только четные гармоники. Все нечетные гармоники подавляются и в последующем сигнале уже не присутствуют.

Рис. 3. Принципиальная схема двухтактного удвоителя частоты.

Сигнал, который должен быть удвоен, выделяется в контуре L1C. Поверх катушки L1 наматывается катушка L2, выполненная из двух отдельных проводов. Делается катушка L2 следующим образом.

Нужно отмерить и отрезать два одинаковых куска изолированного тонкого провода, длина которых должна быть достаточной для намотки поверх катушки L1 3. 5 витков, из которых будет состоять катушка L2.

Затем два конца обоих проводов зажимаются и эти два провода свиваются в единый жгут. После намотки катушки L2 получившимся жгутом и закреплении её витков, начало одного из проводов соединяется с концом другого провода.Таким путем образуется средняя точка катушки L2, которая соединяется с корпусом (заземляется).

Оставшиеся конец первого провода и начало провода второго подключаются, через конденсаторы С1 и С2, к базам транзисторов VT1 и VT2. Таким путем организуется противофазная подача сигналов к базам VT1 и VT2.

На рис. 4 приведена принципиальная схема второго варианта двухтактного удвоителя частоты. Схема этого варианта несколько проще и содержит меньшее количество деталей, но работает так же эффективно.

Как вы уже заметили, нагрузка удвоительного каскада, роль которой выполняет контур L3C3, включена в этом варианте последовательно.

В таком случае нужно всегда помнить, что выходные емкости транзисторов складывается и отвод для подключения катушки должен располагаться ближе к заземленному по ВЧ концу катушки.

Рис. 4. Принципиальная схема второго варианта двухтактного удвоителя частоты.

Ток через транзисторы, и вместе с ним, усиление удвоенного сигнала регулируется подбором величины сопротивления R1. Емкость С1 обычно берется в пределах 120. 200 пФ.

Умножители нечетных гармоник

Если двухтактную схему умножителя частоты несколько преобразовать, она станет служить умножителем нечетных гармоник и подавлять гармоники четные. На рис. 5 приведена схема двухтактного утроителя частоты.

Рис. 5. Схема двухтактного утроителя частоты.

Основное отличие схемы этого умножителя состоит в том, что в цепях коллекторов и одного и другого транзисторов (VT1 и VT2) располагаются по одному контуру (L3 и L4), настроенному на нужную гармонику. Каждый из этих контуров настраивается своим собственным подстроечным конденсатором (С3 и С4).

Рис. 6. Принципиальная схема схема двухтактного утроителя частоты для УКВ радиоаппаратуры.

В точке повода питания обязательно должен находиться блокировочный конденсатор С5. В остальном это обычный двухтактный умножитель.

На рис. 6 показана схема еще одного двухтактного утроителя. В этой схеме в цепи и одного и другого транзистора располагается один контур L3C3. Питание подается в отвод от средней точки катушки L3 обязательно через ВЧ дроссель Др1.

Умножитель частоты с ФАПЧ

Система фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) — это весьма важный и полезный узел, выпускаемый в виде отдельной интегральной схемы многими фирмами — изготовителями.

ФАПЧ содержит фазовый детектор, усилитель и генератор, управляемый напряжением (ГУН), и представляет собой сочетание в одном корпусе аналоговой и цифровой техники.

ФАПЧ применяется для тонального декодирования, демодуляции AM- и ЧМ-сигналов, умножения частот, частотного синтеза и во многих других случаях.

Уже с давнего времени ФАПЧ перестала быть уделом профессионалов. С появлением на рынке микросхем ФАПЧ радиолюбители все больше начинают использовать эти устройства в своих конструкциях.

Практическое применение ФАПЧ становится среди р адиолюбителей — конструкторов модой и в любое радиотехническое изделие пытаются встроить ФАПЧ, хотя в некоторых случаях получается в результате ухудшение характеристик.

Дело в том, что ФАПЧ шумит. Одни микросхемы ФАПЧ шумят меньше, другие — больше, но все равно шумят, потому что возможности создания шума заложены в саму основу ФАПЧ.

Рис. 7. Классическая блок-схема ФАПЧ.

Попробуем разобраться в основах работы ФАПЧ. На рис. 7 показана классическая блок-схема ФАПЧ.

Основные компоненты ФАПЧ: фазовый детектор, НЧ — фильтр, усилитель сигнала и ГУН (Генератор Управляемый Напряжением). При совместной работе эти компоненты создают так называемый «контур регулирования ФАПЧ».

Фазовый детектор — устройство, которое осуществляет сравнение двух входных частот (одна из которых эталонная) и формирует выходной сигнал, пропорциональный их фазовой разности (если, например, частоты различаются, то на выходе появится периодический сигнал на разностной частоте). Если fBx не равна fryH, то на выходе фазового детектора появляется сигнал.

Этот сигнал поступает на НЧ-фильтр, а затем и на усилитель. Отфильтрованный и усиленный сигнал фазовой ошибки будет воздействовать на частоту ГУН, изменяя ее в направлении fBX.

При нормальных условиях ГУН быстро производит «захват» частоты fBX, поддерживая постоянный фазовый сдвиг по отношению к входному сигналу.

Если ФАПЧ используется как умножитель частоты, то между выходом ГУН и фазовым детектором включают делитель частоты на величину п, обеспечивая, таким образом, умножение входной эталонной частоты fBX на величину п.

Самым простым фазовым детектором является цифровой детектор, предствляющий собой элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, схематическое изображение которого показано на рис. 8. На рис. 8,а схематично показано как образуется сигнал на выходе ФД.

На рис. 8, в показана зависимость выходного напряжения от разности фаз при использовании фильтра низких частот и прямоугольного входного колебания со скважностью 50%.

Фазовый детектор, построенный на элементе ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, всегда генерирует выходное колебание, которое в дальнейшем должно фильтроваться с помощью фильтра контура регулирования.

Таким образом, ФАПЧ с фазовым детектором такого типа содержит контурный фильтр, работающий как фильтр нижних частот, сглаживающий логический выходной сигнал.

В таком контуре всегда присутствует некоторая остаточная пульсация и, следовательно, периодические фазовые изменения. В тех схемах, где ФАПЧ используется для умножения или синтеза частот, к выходному сигналу добавляются еще и «боковые полосы фазовой модуляции». Фазовые изменения и фазовая модуляция вызывают явление, которое мы называем шумом генератора.

Фильтр НЧ состоит, как правило, из R и С элементов. В зависимости от числа элементов и выполняемых функций, фильтры могут быть первого или второго порядка.

Часто используются различные схемы активных НЧ фильтров на транзисторах или операционных усилителях. Положительным свойством таких фильтров является то, что активные фильтры почти не вносят ослабления сигнала.

Рис. 8. Как работает фазовый детектор.

Усилитель. В качестве усилителя можно использовать операционный усилитель типа К140УД7 или другой. Или транзисторные дифференциальные усилители различной сложности.

Генератор, управляемый напряжением является важным компонентом ФАПЧ. Его частотой можно управлять, используя выходной сигнал фазового детектора. Некоторые ИМС ФАПЧ содержат ГУН (например, 564ГГ1).

В принципе, в качестве ГУН годится любой генератор, частотой которого можно управлять посредством варикапа. Зависимость частоты ГУН от управляющего напряжения, используемого в ФАПЧ, может не обладать высокой линейностью, однако в случае большой нелинейности коэффициент усиления в контуре регулирования будет изменяться в соответствии с частотой сигнала и придется обеспечивать больший запас устойчивости.

Особенность проектирования ФАПЧ

Фазовый детектор вырабатывает сигнал ошибки, соответствующий фазовому рассогласованию между входным и опорным сигналами. Частотой ГУН можно управлять, подавая на его вход соответствующее напряжение.

Казалось бы, здесь можно поступить так же, как и в любом другом усилителе с обратной связью, вводя контур регулирования с некоторым коэффициентом передачи.

Однако имеется одно существенное отличие. В усилителе с обратной связью регулируемая с помощью обратной связи величина совпадает с величиной, измеряемой с целью формирования сигнала ошибки или была по крайней мере ей пропорциональна.

В системах ФАПЧ осуществляется интегрирование. Мы измеряем фазу, а регулируем частоту, но фаза является интегралом от частоты. За счет этого в контуре регулирования появляется фазовый сдвиг 90°.

Такой интегратор, включенный в контур обратной связи, существенным образом влияет на работу схемы — дополнительное запаздывание по фазе на 90° на частотах, где коэффициент усиления равен единице, вызывает самовозбуждение.

Простое решение заключается в том, чтобы не включать в контур компоненты, которые дают дополнительное запаздывание по фазе, по крайней мере на тех частотах, где коэффициент усиления близок к единице. Это — один из подходов и он приводит к тому, что называется «контуром первого порядка».

Блок-схема с контуром первого порядка в этом случае выглядит точно так же, как ранее приведенная блок-схема ФАПЧ (рис. 8.6), но без фильтра нижних частот.

Хотя контуры первого порядка во многих ситуациях очень удобны, они не обладают необходимыми свойствами накопителя энергии, которые позволяют генератору, управляемому напряжением, сглаживать помехи и флуктуации входного сигнала.

Более того, контур первого порядка не сохраняет постоянным фазовое соотношение между опорным сигналом и сигналом ГУН, так как выход фазового детектора непосредственно управляет ГУН.

В «контур второго порядка» вводится дополнительная фильтрация на низкой частоте с целью предотвращения неустойчивости. Такой контур обладает свойством накопителя энергии («маховика») и, кроме того, уменьшает «диапазон захвата» и увеличивает время захвата.

Практически во всех системах применяют контуры второго порядка, поскольку в большинстве применений система ФАПЧ должна обеспечивать малые флуктуации базы выходного сигнала, а также обладать некоторыми свойствами памяти или «маховика».

Контуры второго порядка могут иметь высокий коэффициент передачи на низких частотах, что обеспечивает повышенную устойчивость (по аналогии с достоинствами высокого коэффициента усиления в усилителях с обратной связью).

Как спаять умножитель частоты?

Как ее правильно реализовать, на каких микросхемах спаять?

Согласно источника в качестве элементов DD1 можно использовать любые инверторы микросхем серий К176, К561, КР1561. Кроме того, элементы DD1.1, DD1.2 могут быть без инверсии (буферы) или с гистерезисом (триггеры Шмитта).Транзистор серии КТ315 допустимо заменить другим аналогичным.

По схеме видно, что рекомендуемые микросхемы — K561ЛH2. Какие у них зарубежные аналоги?

Хотелось бы использовать зарубежные микросхемы. Возможно три элемента можно заменить на один. Прошу подсказать на какой.

Также хотелось бы заменить транзистор КТ315Б на зарубежный аналог.

Прошу подробно разжевать как собрать подобную схему, желательно с зарубежными компонентами с того же Алиэкспресс.

Во-первых, микросхема там — К561ЛН1 (ане АН). Шесть инверторов в одном корпусе.

Во-вторых, зарубежный аналог К561ЛН1 — MC14502A. Вместо КТ315 можно взять любой, вот вообще любой современный маломощный транзистор. 2N3704, например. Или BC452.

В-третьих, то, что тут нарисовано, ни разу не умножитель частоты. Это отключаемый генератор импульсов. Если на входе 0 (транзистор закрыт), то три инвертора, включённые по схеме RC-генератора, генерируют фиксированную частоту, зависящую от номиналов R и С. Если на транзистор подать какое-то положительное напряжение, достаточное для того, чтоб вогнать его в насыщение (по этой схеме — вольта полтора и больше), то он закоротит вход DD1 на землю, тем самым отключая обратную связь в генераторе, и колебания на фиг прекращаются. Всё, где ж тут умножение частоты?!

Да, конечно ЛН2; это просто опечатка.

“частота входная всё время принуждает к работе генератор” — в такой трактовка это не умножитель частоты, а, тысызыть, сумматор частоты. — 2 года назад

Кстати, вот насчёт смесителя читаем: “В идеальном перемножающем смесителе при подаче на его входы спектрально чистых синусоидальных сигналов постоянных амплитуд на выходе его формируется сигнал, являющийся суммой следующих синусоидальных сигналов:

В реальном смесителе, из-за его нелинейности для операции перемножения помимо двух сигналов суммы и разности, как у идеального смесителя, на выходе образуются суммы и разности всех частот кратных частотам входных сигналов и гармоники входных частот. Эти паразитные спектральные составляющие в выходном сигнале реального смесителя обычно нежелательны, и должны быть отфильтрованы полосовыми фильтрами или фильтрами нижних частот. “.. — 2 года назад

Нужен умножитель частоты импульсов

задачка интересная, для линейности всё равно как ни крути на выдачу импульсы пойдут только после второго входного. сразу через 1/2 либо 1/3 либо 1/4 периода, всё зависит от настройки. т.е. рабоатть он будет с задержкой T+T*1/n

Ну и в любом случае — получение данных о скорости будет всяко быстрее чем, скажем, с GPS, да и 3 импульса — это уже 1 пройденный метр