Chip 4046 (K564GG1) για συσκευές με διατήρηση συντονισμού - η αρχή της λειτουργίας

Κατά τη δημιουργία μιας ηλεκτρονικής ισχύος ισχύος με διατήρηση συντονισμού στο κύκλωμα LC, ένα κύκλωμα ελεγκτή συντονισμού σχεδιάζεται για να συγχρονίζει τις ληφθείσες ταλαντώσεις με παλμούς ελέγχου που προέρχονται από τον οδηγό.

Το καθήκον αυτού του ελεγκτή είναι να κρατήσει συντονισμένες ταλαντώσεις στο κύκλωμα LC, αναζωογονώντας το εγκαίρως με τις δικές του ταλαντώσεις. Για να επιτευχθεί αυτό, ο ελεγκτής πρέπει να λάβει ένα σήμα από το κύκλωμα από το κύκλωμα που περιέχει δεδομένα σχετικά με την τρέχουσα συχνότητα και τη φάση των ελεύθερων ταλαντώσεων σε αυτό, μετά από το οποίο, βασιζόμενο σε αυτά τα δεδομένα, διατηρεί το στάδιο του οδηγού σε συγχρονισμό με αυτή τη συχνότητα και φάση, στο κύκλωμα θα αποθηκευτεί αυτόματα.

Για την κατασκευή ενός τέτοιου ελεγκτή, το τσιπ CD4046 ή το εγχώριο αντίγραφό του K564GG1 είναι κατάλληλο. Ας δούμε τη συσκευή αυτού του μικροκυκλώματος, το σκοπό των συμπερασμάτων του και το διάγραμμα σύνδεσης των συναρμολογημένων στοιχείων, για να καταλάβουμε τι σας απασχολεί, αν είναι απαραίτητο.

Αυτό το τσιπ σας επιτρέπει να οργανώσετε εύκολα ένα κύκλωμα PLL - βρόγχο κλειδωμένο. Για την κατασκευή ενός PLL χρησιμοποιούνται τρία απαραίτητα μπλοκ που βρίσκονται στο εσωτερικό του μικροκυκλώματος: ένας ταλαντωτής ελεγχόμενος από τάση VCO, ένας συγκριτής φάσης FC και ένα φίλτρο χαμηλής διέλευσης LPF.

Ενσωματωμένο στον μικροκυκλωτή, το VCO παράγει μια ακολουθία ορθογωνικών παλμών με κάλυψη 50%, δηλαδή ένα καθαρό μαίανδρο, η αρχική συχνότητα του οποίου εξαρτάται από τις παραμέτρους δύο κυκλωμάτων RC: R1C1 και R2C2 που συνδέονται με αυτό εκτός του μικροκυκλώματος και το πλάτος σε αυτή την περίπτωση είναι κοντά στην τάση τροφοδοσίας του μικροκυκλώματος U +.

Αρχή της λειτουργίας PLL

Το εξωτερικό πτερύγιο σήματος εισόδου τροφοδοτείται στο μικροκύκλωμα, στην πραγματικότητα, σε μία από τις εισόδους του συγκριτή φάσης FC (FC1 ή FC2 - ο προγραμματιστής επιλέγει) μέσα σε αυτό. Ένα μαιάνδρος που παράγεται από το VCO τροφοδοτείται ταυτόχρονα στη δεύτερη είσοδο FC. Ως αποτέλεσμα, λαμβάνεται ένα ορθογώνιο σήμα στην έξοδο FC, η διάρκεια παλμού στην οποία εξαρτάται από τη διαφορά μεταξύ των παλμών από τον VCO και τους εξωτερικούς παλμούς σε κάθε χρονική στιγμή.

Στην πραγματικότητα, η διάρκεια των παλμών εξόδου με την FC είναι ανάλογη με τη διαφορά φάσης των δύο συγκρινόμενων σημάτων. Το γεγονός είναι ότι το αποκλειστικό OR λογικό στοιχείο χρησιμοποιείται συχνά ως FC, αυτό σημαίνει ότι στην έξοδο FC θα υπάρχει ένα επίπεδο υψηλής τάσης μόνο αν υπάρχει διαφορά μεταξύ των σημάτων και εάν δεν υπάρχει διαφορά τότε η έξοδος από την FC θα είναι χαμηλή στάθμη τάσης ή ανενεργή κατάσταση.

Από την έξοδο του FC, το σήμα τροφοδοτείται σε ένα φίλτρο χαμηλής διέλευσης, το οποίο είναι ένα απλό κύκλωμα RC, στον πυκνωτή του οποίου επιτυγχάνεται μια παλμική τάση αναντιστοιχίας, όπου το επίπεδο κυμάτωσης είναι ανάλογο με τη διαφορά των δύο σημάτων (από το εσωτερικό VCO και τροφοδοτείται στο μικροκυκλώματα από έξω) .

Η τάση αναντιστοιχίας που επιτυγχάνεται στον πυκνωτή LPF τροφοδοτείται αμέσως στην είσοδο VCO και ανάλογα με τη μέση τιμή της, η συχνότητα VCO θα συντονίζεται αυτόματα έτσι ώστε η συχνότητα του μαιάνδρου στο φάσμα εξόδου να προσεγγίζει τη συχνότητα του εξωτερικού σήματος που προέρχεται από το εξωτερικό του μικροκυκλώματος. Μόλις φθάσουμε σε μια τέτοια κατάσταση, η μέση τάση στον πυκνωτή του φίλτρου χαμηλής διέλευσης θα είναι η μικρότερη - αυτό είναι ένα σημάδι της μέγιστης σύγκλισης των δύο σημάτων σε συχνότητα και φάση. Όταν το σήμα συλλαμβάνεται έτσι, θα συνεχίσει να κρατείται από τον βρόχο PLL.

Τα όρια της αναδιοργάνωσης του VCO

Όπως έχετε ήδη καταλάβει, η συχνότητα VCO μπορεί να συντονιστεί μέσα σε ένα συγκεκριμένο εύρος αυτόματης ρύθμισης. Αυτό το εύρος ρυθμίζεται από τα εξωτερικά εξαρτήματα του τσιπ. Και η ταχύτητα αντίδρασης του συστήματος PLL καθορίζεται από τη σταθερά χρόνου της LFF (τιμές C2 και R3).Για το λόγο αυτό, θα πρέπει να προσεγγίσετε αυστηρά την επιλογή των συναρμολογημένων στοιχείων του τσιπ.

Η τάση τροφοδοσίας του μικροκυκλώματος, ο πυκνωτής C1, καθώς και οι αντιστάσεις R1 και R2 καθορίζουν το εύρος αυτόματης ρύθμισης συχνότητας VCO εντός του μικροκυκλώματος. Ο αντιστάτης R2 υποβιβάζει την ελάχιστη συχνότητα fmin του VCO πάνω από το μηδέν. Και ο λόγος μεταξύ των τιμών των αντιστάσεων R1 και R2 καθορίζει την αναλογία μεταξύ της μέγιστης και της ελάχιστης συχνότητας - fmax / fmin, ρυθμιζόμενου σήματος εξόδου από το VCO.

Είσοδοι και έξοδοι τσιπ

Συμπέρασμα 4 - έξοδος σήματος του VCO, σε αυτό στην κατάσταση λειτουργίας το μαιάνδρας. Αυτή η έξοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παροχή σήματος σε άλλα μπλοκ της σχεδιαζόμενης συσκευής.

Ο ακροδέκτης 5 είναι υπεύθυνος για την ενεργοποίηση και απενεργοποίηση του VCO. Όταν εφαρμόζεται υψηλή τάση σε αυτή την έξοδο, το μικροκύκλωμα θα σβήσει. Όταν εφαρμόζετε ένα επίπεδο χαμηλής τάσης (όταν συνδέετε τον ακροδέκτη 5 με το κοινό καλώδιο) - ο μικροκυκλώτης θα λειτουργήσει σε κανονική λειτουργία.

Συμπεράσματα 6 και 7. Ο πυκνωτής C1 συνδέεται με αυτά - αυτός είναι ο πυκνωτής ρύθμισης συχνότητας του VCO.

Συμπέρασμα 8 - το κοινό καλώδιο τροφοδοσίας του τσιπ.

Η αντίσταση R1 είναι μεταξύ του ακροδέκτη 11 και του κοινού καλωδίου. Αντίσταση R2 - ανάμεσα στον ακροδέκτη 12 και το κοινό καλώδιο. Αυτές είναι αντιστάσεις ρύθμισης συχνότητας. Αντίσταση R3 του φίλτρου χαμηλής διέλευσης - στον ακροδέκτη 9 και τον ακροδέκτη 2 ή 13 (η διαφορά μεταξύ τους θα συζητηθεί αργότερα), ο πυκνωτής C2 του φίλτρου χαμηλής διέλευσης βρίσκεται μεταξύ του ακροδέκτη 9 και του κοινού καλωδίου.

Η ακίδα 10 είναι η έξοδος του ενισχυτή επαναλήπτη. Η τάση σε αυτήν κατά τη λειτουργία του μικροκυκλώματος είναι η τάση αναντιστοιχίας που παρέχεται στο φίλτρο χαμηλής διέλευσης. Το συμπέρασμα 10 είναι σχεδιασμένο έτσι ώστε η τάση αναντιστοιχίας μπορεί, αν είναι απαραίτητο, να απομονώνεται εύκολα χωρίς να κινείται ο πυκνωτής LPF. Για αυτό το συμπέρασμα, επιτρέπεται η σύνδεση ενός αντιστάτη με αντίσταση μεγαλύτερη από 10 kOhm.

Συμπέρασμα 15 - είναι η κάθοδος της ενσωματωμένης διόδου zener με τάση σταθεροποίησης 5,6 βολτ (η τάση σταθεροποίησης αυτής της διόδου zener μπορεί να είναι διαφορετική, ανάλογα με τον κατασκευαστή του τσιπ). Αυτή η δίοδος zener μπορεί προαιρετικά να χρησιμοποιηθεί στο κύκλωμα ισχύος του τσιπ.

Συμπέρασμα 16 - συν τη δύναμη του τσιπ.

Είσοδοι και έξοδοι των συγκριτών φάσης FC1 και FC2

Ο μαιάνδρας από την έξοδο του VCO λαμβάνεται από τον ακροδέκτη 4 και τροφοδοτείται στον ακροδέκτη 3, συνδεδεμένος μέσω διαμορφωτή-ενισχυτή στις εισόδους των συγκριτών φάσης FC1 και FC2. Εάν είναι επιθυμητό, ​​το σήμα από το VCO μπορεί προαιρετικά να περάσει μέσω ενός διαιρέτη συχνότητας.

Η είσοδος 14 είναι μια είσοδος σήματος και τροφοδοτείται ένα σήμα εισόδου, με το οποίο είναι απαραίτητο να συγχρονιστεί το σήμα εξόδου στην έξοδο του VCO. Ανάλογα με τη φύση του σήματος εισόδου, ο προγραμματιστής μπορεί να επιλέξει ποιος από τους συγκριτές φάσης πρέπει να χρησιμοποιήσει: FC1 ή FC2 και να προσαρτήσει μια αντίσταση φίλτρου χαμηλής διέλευσης στον επιλεγμένο συγκριτή (στον ακροδέκτη 2 ή 13). Ο συγκριτής φάσης FC2 έχει έναν πείρο 1 δείκτη, εμφανίζεται μια υψηλή τάση σε αυτό όταν τα σήματα συγχρονίζονται στο μέγιστο.

Ένα χαρακτηριστικό της FC1 είναι ότι πρόκειται για ένα απλό αποκλειστικό OR λογικό στοιχείο και η ποιότητα της λειτουργίας του εξαρτάται από τις παραμέτρους του φίλτρου χαμηλής διέλευσης στην έξοδο του. Η εργασία αρχίζει με την κεντρική συχνότητα f0 = (fmax-fmin) / 2, είναι δυνατή η λήψη των αρμονικών της κεντρικής συχνότητας. Έχει υψηλή ανοσία θορύβου.

Η ιδιαιτερότητα της FC2 είναι ότι επεξεργάζεται μόνο τις θετικές διαφορές των παλμών που τροφοδοτούνται σε αυτήν και συνεπώς ο κύκλος λειτουργίας των παλμών δεν έχει σημασία. Η εργασία αρχίζει με την ελάχιστη συχνότητα fmin, δεν υπάρχει δυνατότητα λήψης των αρμονικών της κεντρικής συχνότητας. Έχει χαμηλή θωράκιση. Στο φίλτρο χαμηλής διέλευσης απαιτείται πυκνωτής με χαμηλό ρεύμα διαρροής. Το FC2 είναι πιο κατάλληλο για χρήση σε κυκλώματα ισχύος με συντονισμό LC.

Επιλογή των συνημμένων

Ως φίλτρο χαμηλής διέλευσης του φίλτρου χαμηλής διέλευσης, εγκαθίστανται ένας αντιστάτης R3 και ένας πυκνωτής C2. Για να λειτουργήσει σωστά το PLL, η χρονική σταθερά RC πρέπει να είναι δεκάδες φορές μεγαλύτερη από την κατά προσέγγιση συχνότητα λήψης PLL.

Κατά κανόνα, η συχνότητα σύλληψης είναι περίπου γνωστή στον προγραμματιστή, επομένως αρχικά ρυθμίζονται από την κλίμακα αυτόματης ρύθμισης συχνότητας: fmin και fmax. Το πρώτο nomogram καθορίζει, λαμβάνοντας υπόψη την τάση τροφοδοσίας του μικροκυκλώματος και τις απαιτούμενες τιμές fmin, τις τιμές R2 και C1.Στη συνέχεια, σύμφωνα με το δεύτερο nomogram, με βάση την απαιτούμενη αναλογία fmax / fmin, επιλέγεται το R1. Είναι καλύτερα να παρέχετε τη δυνατότητα ρύθμισης των αντιστάσεων στο κύκλωμα.