Chip 4046 (K564GG1) para dispositivos com retenção de ressonância - o princípio de operação

Ao criar um dispositivo eletrônico de potência com retenção de ressonância no circuito LC, um circuito controlador ressonante é projetado para sincronizar as oscilações recebidas com pulsos de controle provenientes do driver.

A tarefa deste controlador é manter oscilações ressonantes no circuito LC, excitando-o no tempo com suas próprias oscilações. Para conseguir isso, o controlador precisa receber um sinal do circuito do circuito contendo dados sobre a frequência atual e a fase de oscilações livres nele, após o que, contando com esses dados, mantém o estágio do driver sincronizado com essas frequências e fases e, em seguida, a ressonância no circuito será salvo automaticamente.

Para construir esse controlador, o chip CD4046 ou seu equivalente doméstico K564GG1 é adequado. Vejamos o dispositivo deste microcircuito, o objetivo de suas conclusões e o diagrama de conexão dos componentes montados, para entender, se necessário, com o que você está lidando.

Esse chip permite que você organize facilmente um loop com bloqueio de fase PLL. Para construir um PLL, são utilizados três blocos necessários localizados dentro do microcircuito: um oscilador controlado por tensão VCO, um comparador de fase FC e um filtro passa-baixo LPF.

Incorporado ao microcircuito, o VCO gera uma sequência de pulsos retangulares com 50% de cobertura, ou seja, um meandro puro cuja frequência inicial depende dos parâmetros de dois circuitos RC: R1C1 e R2C2 conectados a ele fora do microcircuito, e a amplitude, neste caso, é próxima à tensão de alimentação do microcircuito U +.

Princípio de operação PLL

O fin de sinal de entrada externo é fornecido ao microcircuito, de fato, a uma das entradas do comparador de fases FC (FC1 ou FC2 - o desenvolvedor seleciona) dentro dele. Um meandro produzido pelo VCO é alimentado simultaneamente na segunda entrada do FC. Como resultado, é obtido um sinal retangular na saída do FC, cuja duração do pulso depende da diferença entre os pulsos do VCO e os pulsos externos em cada momento do tempo.

De fato, a duração dos pulsos de saída com o FC é proporcional à diferença de fase dos dois sinais comparados. O fato é que o elemento lógico OR exclusivo é frequentemente usado como um FC, isso significa que na saída do FC haverá um nível de tensão alto somente se houver uma diferença entre os sinais e se não houver diferença, a saída do FC será baixa nível de tensão ou estado inativo.

A partir da saída do FC, o sinal é alimentado a um filtro passa-baixo, que é um circuito RC simples, no capacitor do qual é obtida uma tensão de incompatibilidade pulsante, o nível de ondulação sendo proporcional à diferença dos dois sinais (do VCO interno e fornecido ao microcircuito a partir do exterior), de fato - a diferença de fase .

A tensão de incompatibilidade obtida no capacitor LPF é imediatamente retornada à entrada do VCO e, dependendo do seu valor médio, a frequência do VCO será automaticamente sintonizada para que a frequência do meandro em sua saída se aproxime da frequência do sinal externo vindo do exterior do microcircuito. Ao chegar a essa situação, a tensão média no capacitor do filtro passa-baixo será a menor - este é um sinal da convergência máxima dos dois sinais em frequência e fase. Quando o sinal é capturado, ele continuará sendo mantido pelo loop PLL.

Os limites do ajuste do VCO

Como você já entendeu, a frequência do VCO é capaz de sintonizar dentro de uma certa faixa de autoajuste. Esse intervalo é definido pelos componentes externos do chip. E a velocidade de reação do sistema PLL é determinada pela constante de tempo do LFF (valores C2 e R3).Por esse motivo, você deve abordar estritamente a escolha dos componentes montados do chip.

A tensão de alimentação do microcircuito, o capacitor C1, bem como os resistores R1 e R2 determinam a faixa de autoajuste de frequência do VCO dentro do microcircuito. O resistor R2 influencia a frequência mínima fmin do VCO acima de zero. E a relação entre os valores dos resistores R1 e R2 determina a relação entre as frequências máxima e mínima - fmax / fmin, sinal de saída sintonizável do VCO.

Entradas e saídas de chip

Conclusão 4 - saída de sinal do VCO, nele no modo de trabalho o meandro. Esta saída pode ser usada para fornecer um sinal para outros blocos do dispositivo projetado.

O pino 5 é responsável por ligar e desligar o VCO. Quando uma tensão de alto nível é aplicada a esta saída, o microcircuito será desligado. Ao aplicar um nível de baixa tensão (ao conectar o pino 5 ao fio comum) - o microcircuito funcionará no modo normal.

Conclusões 6 e 7. O capacitor C1 está conectado a eles - este é o capacitor de ajuste de frequência do VCO.

Conclusão 8 - o fio de energia comum do chip.

O resistor R1 está entre o terminal 11 e o fio comum. Resistor R2 - entre o terminal 12 e o fio comum. Estes são resistores de ajuste de frequência. Resistor R3 do filtro passa-baixo - aos pinos 9 e 2 ou 13 (a diferença entre eles será discutida posteriormente), o capacitor C2 do filtro passa-se entre o pino 9 e o fio comum.

O pino 10 é a saída do amplificador repetidor. A tensão nele durante a operação do microcircuito é a tensão de incompatibilidade fornecida ao filtro passa-baixo. A conclusão 10 foi projetada para que a tensão de incompatibilidade possa, se necessário, ser facilmente isolada sem desviar o capacitor LPF. Para esta conclusão, é permitido conectar um resistor com uma resistência superior a 10 kOhm.

Conclusão 15 - nele está o cátodo do diodo zener embutido com uma tensão de estabilização de 5,6 volts (a tensão de estabilização desse diodo zener pode ser diferente, dependendo do fabricante do chip). Esse diodo zener pode opcionalmente ser usado no circuito de potência do chip.

Conclusão 16 - mais o poder do chip.

Entradas e saídas dos comparadores de fase FC1 e FC2

O meandro da saída do VCO é retirado do terminal 4 e alimentado no terminal 3, conectado através de um amplificador-modelador às entradas dos comparadores de fase FC1 e FC2. Se desejado, o sinal do VCO pode ser opcionalmente passado através de um divisor de frequência.

A entrada 14 é uma entrada de sinal e um sinal de entrada é alimentado a ele, com o qual é necessário sincronizar o sinal de saída na saída do VCO. Dependendo da natureza do sinal de entrada, o desenvolvedor pode escolher qual comparador de fases usar: FC1 ou FC2 e conectar um resistor LPF ao comparador selecionado (nos pinos 2 ou 13). O comparador de fases FC2 possui um pino indicador 1, uma tensão de alto nível aparece quando os sinais são sincronizados ao máximo.

A peculiaridade do FC1 é que ele é um simples elemento lógico OR exclusivo e a qualidade de sua operação depende dos parâmetros do filtro passa-baixo em sua saída. O trabalho começa com a frequência central f0 = (fmax-fmin) / 2, é possível capturar os harmônicos da frequência central. Possui alta imunidade a ruídos.

A peculiaridade do FC2 é que ele processa apenas as diferenças positivas dos pulsos fornecidos a ele e, portanto, o ciclo de trabalho dos pulsos não importa. O trabalho começa com a frequência mínima fmin, não há possibilidade de capturar os harmônicos da frequência central. Possui baixa imunidade a ruídos. No filtro passa-baixo, é necessário um capacitor com baixa corrente de fuga. O FC2 é mais adequado para uso em circuitos de energia com ressonância LC.

Seleção de anexos

Como filtro passa-baixo do filtro passa-baixo, um resistor R3 e um capacitor C2 são instalados. Para que o PLL funcione corretamente, a constante de tempo RC deve ser dezenas de vezes maior que a frequência de captura aproximada do PLL.

Como regra, a frequência de captura é aproximadamente conhecida pelo desenvolvedor, portanto, elas são inicialmente definidas pela faixa de autoajuste de frequência: fmin e fmax. O primeiro nomograma determina, levando em consideração a tensão de alimentação do microcircuito e o fmin necessário, os valores de R2 e C1.Então, de acordo com o segundo nomograma, com base na razão requerida fmax / fmin, R1 é selecionado. É melhor fornecer a capacidade de ajustar os resistores no circuito.