Широкополосные низкочастотные фазовращатели

Простые схемы квадратурных фазовращателей на 90, 120 и 240 градусов

Широкополосные фазовращатели представляют собой линейные преобразователи, осуществляющие поворот фазы всех гармонических составляющих сигнала (при сохранении их амплитуд) на определённый угол, чаще всего на 90°. Также к фазовращателям могут применяться следующие названия: широкополосный квадратурный фазовращатель или квадратурный фильтр.
Наиболее часто подобные устройства используются в звукотехнике при создании устройств сдвига частоты, а также при формировании однополосного SSB сигнала многофазным методом.

Существует много различных вариаций фазосдвигающих цепей: от самых простых, описанных В. Т. Поляковым в книжке "Трансиверы прямого преобразования", до многокаскадных с применением большого количества операционных усилителей (с примером такого низкочастотного фазовращателя на 11 ОУ можно познакомиться в журнале Радио №7, 2007). Причём, если в первом случае довольно сложно добиться низкой погрешности фазового сдвига в заданной полосе, то во втором – сложность и необходимость очень точного подбора большого количества пассивных элементов делают такие устройства малопривлекательными для повторения.

Мы же здесь остановимся на промежуточном варианте, а конкретно – на устройстве широкополосного фазовращателя, опубликованном в журнале Радио №3, 2010, под авторством Л. Королёва.


ШИРОКОПОЛОСНЫЕ ФАЗОВРАЩАТЕЛИ

В данной статье рассмотрены схемы, построенные на пассивных элементах, как обеспечивающих максимальную надёжность. Исключением служит входной фазорасщепитель на транзисторе, осуществляющем питание цепей фазовращателя двумя одинаковыми по амплитуде противофазными сигналами.

Схема низкочастотного широкополосного фазовращателя на 90°
Рис.1 Схема низкочастотного широкополосного фазовращателя на 90°

Фазовращатель, схема которого показана на Рис.1, обеспечивает фазовый сдвиг между выходными сигналами 90 град. в частотной полосе 50... 10000 Гц с погрешностью не более 3 град. Коэффициент передачи фазовращателя по напряжению – приблизительно 0,4.
Последующие входные цепи должны быть высокоомными – не менее нескольких мегаом. После установки линейного режима работы транзистора VT1 добиваются равенства значений амплитуды переменного напряжения на эмиттере и коллекторе подборкой резистора R1 (базовые цепи на схеме не показаны).
На схеме указаны стандартные номиналы элементов фазовращателя, а в Таблице 1 – точные значения сопротивления резисторов и ёмкости конденсаторов. Эти элементы необходимо подобрать с точностью не хуже 1 %. ТКЕ конденсаторов должен быть не хуже М150. Желательно предусмотреть возможность подборки в небольших пределах резисторов R10, R11 и конденсаторов С7, С8.

Таблица 1

   Сопротивление    R3   R4   R5   R6   R7   R8   R9   R10, R11 
   (кОм)  139   5,6   438   36   298   23,8   78,6   100 
   Ёмкость    С1   С2   С3   С4   С5   С6   С7   С8 
   (пФ)    3446   909   11370   5180   909   33100   2724   2724 


Постоянное напряжение на резисторах R10, R11, поступающее с эмиттера и коллектора транзистора VT1, может быть использовано для установки режима последующих ступеней. Постоянные и переменные составляющие напряжения при этом должны быть, разумеется, разделены.
В Таблице 2 представлены точные значения сопротивления резисторов и емкости конденсаторов более совершенного фазовращателя, собранного по схеме на Рис.1. Этот фазовращатель обеспечивает сдвиг фазы 90 град, в частотной полосе 200... 10000 Гц с точностью около 1 град. Элементы должны быть подобраны с точностью не хуже ±1 %, а конденсаторы – иметь ТКЕ не хуже М150.

Таблица 2

   Сопротивление    R3   R4   R5   R6   R7   R8   R9   R10, R11 
   (кОм)  297   13,9   1100   76,5   480   50,3   138   100 
   Ёмкость    С1   С2   С3   С4   С5   С6   С7   С8 
   (пФ)    883   255   2432   1351   255   7432   1208   1208 


В некоторых случаях возникает необходимость применения широкополосного фазовращателя с фазовым сдвигом 120 град.

Схема низкочастотного широкополосного фазовращателя на 120°
Рис.2 Схема низкочастотного широкополосного фазовращателя на 120°

На Рис.2 изображена схема фазовращателя, обеспечивающего такой сдвиг фаз в частотной полосе 200...6800 Гц с погрешностью около 3 град. Стандартные номиналы элементов указаны на схеме, а точные значения сопротивления резисторов и ёмкости конденсаторов – в Таблице 3. Требования к радиоэлементам аналогичны указанным выше.

Таблица 3

   Сопротивление    R3   R4   R5   R6   R7   R8 
   (кОм)  10,65   72,55   10,65   72,55   51   51 
   Ёмкость    С1   С2   С3   С4   С5   С6 
   (пФ)    4267   626   38500   5652   891   8039 


Третья фаза со сдвигом 240 град. получается суммированием двух равных по амплитуде сигналов, сдвинутых по фазе на 120 град., и инвертированием суммарного напряжения.

Литература:

1. Авраменко А. А., Галямичев Ю. П., Ланнэ А. А. Электрические линии задержки и фазовращатели. - М.- Связь. 1973.
2. Верзунов М. В. Однополосная модуляция в радиосвязи. - М.: Воениздат. 1972.
3. Королев Л. Д. Устройства сдвига частоты на электромеханических преобразователях. - Сб. "В помощь радиолюбителю", вып. 90. 1985.




 

Главная страница | Наши разработки | Полезные схемы | Это нужно знать | Вопросы-ответы | Весёлый перекур
© 2017 Vpayaem.ru   All Rights Reserved