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具有方波輸出的快速倍頻器

發(fā)布時間:2023-08-23 責任編輯:lina

【導讀】為了擴展工作頻率范圍,我需要從一個非??焖俚膯斡|發(fā)電路開始。由于無法購買合適的設備,我設計了一個類似于無處不在的 555 計時器的設備,但具有更快的組件。快速異或門、快速比較器、快速觸發(fā)器和快速放電晶體管是性的主要組件。該性電路的工作頻率高達 50 MHz(甚至可能更高)。

 

因此,我開始思考和研究擴展近發(fā)布的方波倍頻器電路的頻率范圍的可能方法。

為了擴展工作頻率范圍,我需要從一個非??焖俚膯斡|發(fā)電路開始。由于無法購買合適的設備,我設計了一個類似于無處不在的 555 計時器的設備,但具有更快的組件。快速異或門、快速比較器、快速觸發(fā)器和快速放電晶體管是性的主要組件。該性電路的工作頻率高達 50 MHz(甚至可能更高)。

我使用的比較器是德州儀器 (TI) 的 TLV3501,以軌到軌(輸入和輸出)運行,驅動 17 pF 時的典型傳播延遲為 4.5 ns(值 6.4 ns)。

它是我的電路中使用的昂貴的組件(每 1000 個數(shù)量為 1.62 美元),但它速度快、價格合理且容易獲得。其他組件價格便宜、速度快且廣泛應用于電子行業(yè)。(MMBT2369 是 2N2369 的表面貼裝版本,其歷史可以追溯到 20 世紀 60 年代初期,但速度相當快且價格便宜。)

當驅動幾皮法電容時,74LVC1Gxx 部件的傳播延遲時間約為 1 ns,并且它們可以在 5 V 電源電壓下運行(這是我的偏好)。我使用了 TLV9052 雙運算放大器,它具有無限的輸入阻抗(好吧,幾乎),并且可以軌到軌、輸入和輸出運行。74LVC1G86 XOR 門很方便,因為它可以用作反相器或緩沖器,我使用了其中的幾個。

電路工作的簡單描述:負反饋強制超快單觸發(fā)產生 50% 占空比方波輸出。為了方便測試,我在輸入端添加了一個 50 歐姆終端和一個緩沖器/方波器,在輸出端添加了一個 50 歐姆驅動器。

詳細描述(圖 1): 50% 占空比方波是異或門 U3(通過 U7)的輸入,導致 U5 的 2 ns 脈沖輸出應用于翻轉的 /S 輸入-翻牌,U2。觸發(fā)器的 /Q 輸出變低并關閉放電晶體管 Q3,從而允許定時電容器 C4 開始充電。Q3 的輸出是一個斜坡電壓,通過 R1 施加到比較器 U1 的反相輸入端。當電壓斜坡達到 R4 和 R5 設置的參考電壓時,比較器的輸出變低。這會重置觸發(fā)器,導致放電晶體管導通并對定時電容器 C4 放電,然后重復該循環(huán)。


具有方波輸出的快速倍頻器
圖 1超快單觸發(fā)電路通過負反饋強制產生 50% 占空比方波輸出。


C4 的充電電流由 Q1 和相關組件提供。充電電流由運放 U6A 的負反饋控制,這迫使單觸發(fā)產生占空比為 50% 的方波,該方波經過低通濾波后,會產生正好 2.5 V 的直流電壓(如果電源電壓正好是5V)。R18 和 R19 的容差將決定該電壓的程度。

U6B 及其相關組件提供的參考電壓通過精密(或匹配)電阻器 R18 和 R19 設置為 2.5 V。該基準將跟蹤 +5 V 電源,以便在電源電壓發(fā)生變化時,電路的 50% 占空比方波輸出保持在 50%。(觸發(fā)器的輕負載輸出也會跟蹤電源電壓的變化。)

模擬、實施、測試和結果

我使用LTspice來設計和仿真電路。然后我使用 Express PCB 的工具設計并布局了雙面電路板,底部有接地層。我使用 AppCad(可在網絡上獲取)來模擬關鍵跡線上的信號過沖/下沖。我將電阻器與一些較長的走線串聯(lián)插入,以獲得快速信號,以減少過沖/下沖。除了 Q1、Q2、輸入和輸出 SMA 連接器以及連接器 P1 和 P3 之外,我對所有組件都使用了表面貼裝器件。(未使用 P2。)標記為 T1 到 T12 的點是測試點(PCB 上的鍍通孔)。加載后的電路板如圖2所示。


具有方波輸出的快速倍頻器
圖2已加載的雙面電路板,底部有接地層,標記為T1 至T12 的點為測試點。


當我用其他值的 C4 進行測試時,C4 的 10 pF 電容器留在電路中。其他值焊接在 PCB 上,但連接到安裝在 PCB 上的 0.100 英寸中心連接器,因此我可以使用滑動短路片單獨選擇它們。這就是為什么 C4 的所有其他值都有一個額外的 10 pF 用于頻率范圍測試。

LTspice 和 AppCad 仿真很好地預測了電路性能。表 1顯示了性能范圍與 C4 的幾個值的關系。


具有方波輸出的快速倍頻器
表1不同C4值的性能范圍。


該電路將倍頻器的工作頻率范圍擴展至36 MHz,是原電路頻率上限的10倍以上。


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