Chip 4046 (K564GG1) dla urządzeń z retencją rezonansową - zasada działania

Podczas tworzenia energoelektronicznego urządzenia z retencją rezonansu w obwodzie LC, rezonansowy obwód kontrolera służy do synchronizacji odbieranych oscylacji z impulsami sterującymi pochodzącymi od sterownika.

Zadaniem tego kontrolera jest utrzymanie oscylacji rezonansowych w obwodzie LC, pobudzając go na czas własnymi oscylacjami. Aby to osiągnąć, sterownik musi odbierać sygnał z pętli z obwodu zawierającego dane dotyczące bieżącej częstotliwości i fazy swobodnych oscylacji, po czym, opierając się na tych danych, utrzymuj stopień sterownika w synchronizacji z tymi częstotliwościami i fazą, a następnie rezonansem w obwodzie zostaną automatycznie zapisane.

Do budowy takiego kontrolera odpowiedni jest układ CD4046 lub jego krajowy odpowiednik K564GG1. Spójrzmy na urządzenie tego mikroukładu, cel jego wniosków i schemat połączeń zamontowanych komponentów, aby zrozumieć, z czym masz do czynienia, jeśli to konieczne.

Ten układ pozwala łatwo zorganizować pętlę z zablokowaną fazą PLL. Aby zbudować PLL, stosuje się trzy niezbędne bloki, które znajdują się wewnątrz mikroukładu: oscylator sterowany napięciem VCO, komparator fazy FC i filtr dolnoprzepustowy LPF.

Wbudowany w mikroukład, VCO generuje sekwencję prostokątnych impulsów z 50% pokryciem, to znaczy czystym meandrem, którego początkowa częstotliwość zależy od parametrów dwóch obwodów RC: R1C1 i R2C2 podłączonych do niego poza mikroukładem, a amplituda w tym przypadku jest zbliżona do napięcia zasilania mikroukładu U +.

Zasada działania PLL

Zewnętrzna płetwa sygnału wejściowego jest doprowadzana do mikroukładu, w rzeczywistości do jednego z wejść komparatora faz FC (FC1 lub FC2 - wybiera deweloper) w jego wnętrzu. Meander wytwarzany przez VCO jest jednocześnie podawany do drugiego wejścia FC. W rezultacie na wyjściu FC uzyskiwany jest prostokątny sygnał, którego czas trwania impulsu zależy od różnicy między impulsami z VCO i impulsami zewnętrznymi w każdym momencie.

W rzeczywistości czas trwania impulsów wyjściowych z FC jest proporcjonalny do różnicy faz dwóch porównywanych sygnałów. Faktem jest, że wyłączny element logiczny OR jest często używany jako FC, co oznacza, że ​​na wyjściu FC będzie wysoki poziom napięcia tylko wtedy, gdy będzie różnica między sygnałami, a jeśli nie będzie żadnej różnicy, wówczas wyjście z FC będzie niskie poziom napięcia lub stan nieaktywny.

Z wyjścia FC sygnał jest doprowadzany do filtra dolnoprzepustowego, który jest prostym obwodem RC, na kondensatorze, którego pulsacyjne napięcie jest niedopasowane, a poziom tętnienia jest proporcjonalny do różnicy dwóch sygnałów (z wewnętrznego VCO i dostarczany do mikroukładu z zewnątrz), w rzeczywistości - ich różnicę faz .

Napięcie niedopasowania uzyskane na kondensatorze LPF jest natychmiast doprowadzane z powrotem do wejścia VCO, aw zależności od jego średniej wartości częstotliwość VCO zostanie automatycznie dostrojona, tak aby częstotliwość meandra na wyjściu zbliżyła się do częstotliwości sygnału zewnętrznego dochodzącego z zewnątrz mikroukładu. Po osiągnięciu takiej sytuacji średnie napięcie na kondensatorze filtra dolnoprzepustowego będzie najmniejsze - jest to znak maksymalnej zbieżności dwóch sygnałów w częstotliwości i fazie. Gdy w ten sposób sygnał zostanie przechwycony, będzie on nadal utrzymywany przez pętlę PLL.

Granice reorganizacji VCO

Jak już zrozumiałeś, częstotliwość VCO jest w stanie dostroić się w pewnym zakresie automatycznego dostrajania. Ten zakres jest ustalany przez zewnętrzne elementy układu. A szybkość reakcji układu PLL zależy od stałej czasowej NPS (wartości C2 i R3).Z tego powodu powinieneś ściśle podchodzić do wyboru montowanych elementów układu.

Napięcie zasilania mikroukładu, kondensatora C1, a także rezystorów R1 i R2 określają zakres samostrojenia częstotliwości VCO wewnątrz mikroukładu. Rezystor R2 odchyla minimalną częstotliwość fmin VCO powyżej zera. A stosunek wartości rezystorów R1 i R2 określa stosunek między częstotliwością maksymalną a minimalną - fmax / fmin, przestrajalny sygnał wyjściowy z VCO.

Układy wejściowe i wyjściowe

Wniosek 4 - wyjście sygnału VCO, na nim w trybie roboczym meander. Wyjście to może być wykorzystane do dostarczenia sygnału do innych bloków projektowanego urządzenia.

Pin 5 jest odpowiedzialny za włączanie i wyłączanie VCO. Gdy do tego wyjścia zostanie przyłożone wysokie napięcie, mikroukład się wyłączy. Przy zastosowaniu niskiego poziomu napięcia (podczas podłączania styku 5 do wspólnego przewodu) - mikroukład będzie działał w trybie normalnym.

Wnioski 6 i 7. Kondensator C1 jest do nich podłączony - jest to kondensator regulujący częstotliwość VCO.

Wniosek 8 - wspólny przewód zasilający układu.

Rezystor R1 znajduje się między zaciskiem 11 a wspólnym przewodem. Rezystor R2 - między zaciskiem 12 a wspólnym przewodem. Są to rezystory do ustawiania częstotliwości. Rezystor R3 filtra dolnoprzepustowego - do styku 9 i styku 2 lub 13 (różnica między nimi zostanie omówiona później), kondensator C2 filtra dolnoprzepustowego znajduje się między stykiem 9 a wspólnym drutem.

Pin 10 jest wyjściem wzmacniacza repeatera. Napięcie na nim podczas działania mikroukładu jest napięciem niedopasowanym dostarczanym do filtra dolnoprzepustowego. Konkluzja 10 została zaprojektowana w taki sposób, aby napięcie niedopasowania można było w razie potrzeby łatwo odizolować bez bocznikowania kondensatora LPF. Do tego wniosku wolno podłączyć rezystor o rezystancji większej niż 10 kOhm.

Wniosek 15 - na nim jest katoda wbudowanej diody Zenera o napięciu stabilizacji 5,6 wolta (napięcie stabilizacji tej diody Zenera może być różne, w zależności od producenta układu). Ta dioda Zenera może być opcjonalnie zastosowana w obwodzie mocy układu.

Wniosek 16 - plus moc układu.

Wejścia i wyjścia komparatorów fazowych FC1 i FC2

Meander z wyjścia VCO jest pobierany z zacisku 4 i doprowadzany do zacisku 3, połączonego wzmacniaczem-wzmacniaczem z wejściami komparatorów faz FC1 i FC2. W razie potrzeby sygnał z VCO może być opcjonalnie przepuszczony przez dzielnik częstotliwości.

Wejście 14 jest wejściem sygnałowym, do którego doprowadzany jest sygnał wejściowy, z którym konieczne jest zsynchronizowanie sygnału wyjściowego na wyjściu VCO. W zależności od rodzaju sygnału wejściowego deweloper może wybrać, który komparator faz ma być używany: FC1 lub FC2 i podłączyć rezystor LPF do wybranego komparatora (do styku 2 lub 13). Komparator fazowy FC2 ma zacisk wskaźnikowy 1, na nim pojawia się napięcie wysokiego poziomu, gdy sygnały są maksymalnie zsynchronizowane.

Cechą FC1 jest to, że jest to prosty element logiczny typu „wyłączny OR”, a jakość jego działania zależy od parametrów filtra dolnoprzepustowego na wyjściu. Praca rozpoczyna się od częstotliwości środkowej f0 = (fmax-fmin) / 2, możliwe jest uchwycenie harmonicznych częstotliwości środkowej. Ma wysoką odporność na hałas.

Osobliwością FC2 jest to, że przetwarza tylko dodatnie różnice dostarczanych do niego impulsów, a zatem cykl pracy impulsów nie ma znaczenia. Praca rozpoczyna się od częstotliwości minimalnej fmin, nie ma możliwości uchwycenia harmonicznych częstotliwości środkowej. Ma niską odporność na hałas. W filtrze dolnoprzepustowym wymagany jest kondensator o niskim prądzie upływowym. FC2 lepiej nadaje się do stosowania w obwodach mocy z rezonansem LC.

Wybór załączników

Jako filtr dolnoprzepustowy filtra dolnoprzepustowego zainstalowany jest rezystor R3 i kondensator C2. Aby PLL działał poprawnie, stała czasowa RC musi być dziesiątki razy większa niż przybliżona częstotliwość przechwytywania PLL.

Z reguły częstotliwość przechwytywania jest w przybliżeniu znana twórcy, dlatego są one początkowo ustawiane przez zakres automatycznego dostrajania częstotliwości: fmin i fmax. Pierwszy nomogram określa, biorąc pod uwagę napięcie zasilania mikroukładu i wymagane fmin, wartości R2 i C1.Następnie, zgodnie z drugim nomogramem, na podstawie wymaganego stosunku fmax / fmin, wybiera się R1. Lepiej jest zapewnić możliwość regulacji rezystorów w obwodzie.