Обычно умножители частоты работают с прямоугольными импульсами. Однако схема на Рисунке 1 выполняет умножение частоты последовательности треугольных импульсов и поддерживает амплитуду и однородность входного сигнала.
 |
||
| Рисунок 1. | Эта схема выполняет умножение частоты последовательности треугольных импульсов. | |
Общая идея состоит в подаче треугольных импульсов на какой-нибудь двухполупериодный выпрямитель. Тогда выходной сигнал представляет собой последовательность треугольных импульсов с удвоенной входной частотой, смещенный на некоторый постоянный уровень. Затем это постоянное смещение можно удалить, используя простой фильтр верхних частот, или сдвинув уровень с помощью другого операционного усилителя. Этот прием можно последовательно повторять, чтобы получить серию частот 2×FIN, 4×FIN, 8×FIN и так далее.
В реальной схеме на Рисунке 1 для выпрямления используется сдвоенный операционный усилитель с однополярным питанием. Для отрицательной полуволны входного сигнала IC1A работает как обычный инвертирующий усилитель, коэффициент усиления которого установлен равным 2 резисторами R1 и R3. Затем в точке A схема производит алгебраическое суммирование с коэффициентом 0.5 положительного выходного сигнала усилителя IC1A и отрицательного входного сигнала. После того, как IC1B, в соответствии с сопротивлениями резисторов R5 и R6, усиливает сигнал в 4 раза, выходной сигнал имеет ту же пиковую амплитуду, что и входной, но с положительным знаком.
Когда уровень входного сигнала становится положительным, единственный путь к суммирующей точке A проходит через резистор R2. В этом случае усилитель IC1A насыщается, и напряжение на его выходе близко к потенциалу земли. Выходное напряжение хороших rail-to-rail операционных усилителей может отличаться от уровня земли лишь на несколько милливольт. Таким образом, сигнал в точке A остается положительным, но ослабленным в два раза делителем напряжения R2 и R4. IC1B восстанавливает исходную амплитуду сигнала. Выходной сигнал представляет собой последовательность треугольных импульсов, пиковая амплитуда которых равна амплитуде входных импульсов, но частота вдвое превышает входную частоту.
Элементы D1 и R7 необязательны; они улучшают динамические характеристики схемы, предотвращая перегрузку входного каскада и устраняя влияние входной емкости усилителя IC1A, когда входной сигнал находится в положительной области. Если эти элементы исключить из схемы, рабочий диапазон входных частот не будет превышать 1 кГц. При необходимости работы с более высокими частотами D1 и R7 следует оставить. Можно также пропорционально уменьшить сопротивления всех резисторов. Кроме того, можно уменьшить сопротивление R7 до 10 или 20% от сопротивления R1, но такое изменение может стать причиной постоянного смещения на выходе и отрицательно повлиять на точность схемы.
При использовании номиналов компонентов и операционного усилителя, показанных на Рисунке 1, схема применима к низкочастотным приложениям, таким, например, как частотные (октавные) синтезаторы для электромузыкальных инструментов. Для приложений с частотами выше 20 кГц необходимо выбрать более быстрый операционный усилитель и, возможно, другую топологию выпрямителя.
Входное сопротивление двухполупериодного выпрямителя с топологией, изображенной на Рисунке 1, различается для положительных и отрицательных сигналов. Чтобы уменьшить эту разницу, можно подключить постоянный резистор между входом и землей. Кроме того, при каскадировании нескольких умножителей RC-фильтр верхних частот также помогает минимизировать асимметрию импеданса. Чтобы уменьшить асимметрию импеданса для положительных и отрицательных сигналов до разумного уровня, следует сначала выбрать резистор с минимально возможным сопротивлением, а затем рассчитать емкость конденсатора, соответствующую выбранной частоте фильтра.
Купить TLC2272 на РадиоЛоцман.Цены
