Частотный дискриминатор

В. ДЕМОНТОВИЧ, г. Киев, Украина

Устройство формирует на выходе сигнал в цифровом коде. Каждому из состояний — контролируемая частота находится в заданном интервале, частота ниже или выше — соответствует свой код. Входной сигнал может быть как синусоидальным (иэфф = 1,7...3,5 В), так и импульсным. Устройство может найти применение в связной аппаратуре, в системах автоматического управления и контроля.

Описываемый ниже узел — это результат практической доработки и уточнения дискриминатора, рассмотренного в [1]. Схема предлагаемого варианта узла изображена на рис. 1. Импульсы измеряемой частоты поступают на вход формирователя DD1.1, DD1.2, выполненного на триггерах Шмитта, и далее — на вход одновибратора DD2.1 с повторным запуском и одновременно на вход синхронизации С универсальных JK-триггеров DD3.1 и DD3.2.


Рис. 1

Работу устройства поясняют временные диаграммы сигналов в его характерных точках, показанные на рис. 2. По оси времени диаграммы разделены на три участка, отображающих три режима: "норма" — измеряемая частота находится в пределах заданного интервала, "ниже" и "выше" — она ушла за его пределы.


Рис. 2

Вначале рассмотрим работу устройства в режиме "норма". Фронт сформированного входного импульса запускает одновибратор DD2.1 и одновременно устанавливает в единичное состояние триггер DD3.2. Для надежной установки триггера импульс с выхода одновибратора DD2.1 задерживается на время, значительно большее, чем время включения триггера, т. е. выполняется соотношение tвкл+tзадl > tвкл.триг. Задержку импульса обеспечивают два последовательно включенных элемента DD1.3, DD1.4. Она равна 40...50 нс [2].

Спад выходного импульса одновибратора DD2.1 запускает второй одно-вибратор DD2.2. Длительность импульса этого одновибратора такова, что он полностью заканчивается только после прихода очередного входного импульса измеряемой частоты, который устанавливает в единичное состояние триггер DD3.1. То есть, если частота входных импульсов в заданном интервале, оба триггера будут находиться в единичном состоянии, выходной код — 11.

Когда частота входных импульсов ниже заданного интервала, импульс, сформированный одновибратором DD2.2, будет заканчиваться раньше прихода следующего входного импульса измеряемой частоты и триггер DD3.1 окажется в нулевом состоянии. Поэтому в режиме "ниже" выходной код — 10.

Если же частота входных импульсов выше заданного интервала, одновибратор DD2.1 не успеет закончить формирование импульса до прихода следующего входного импульса измеряемой частоты и вновь запустится этим импульсом. Сигнала за-

пуска второго одновибратора DD2.2 не будет. Этот же входной импульс установит в нулевое состояние оба триггера — DD3.1 и DD3.2. Код режима "выше" — 00. Исходя из рассмотренной логики работы устройства, можно найти длительность импульсов, формируемых одно-вибраторами DD2.1, DD2.2. Длительность импульса одновибратора DD2.1 определена условиями:

TG1=Тверхн -1/fверхн

TG1 = (0,3...0,4)R2C1.

Суммарная длительность импульсов одновибраторов DD2.1 и DD2.2:

TGI +тG2=Тнижн = 1/тнижн;

TG2 = (0,3...0,4)R4C2.

Дополнив устройство простым дешифратором, собранным по схеме на рис. 3, получим индикатор контроля положения частоты по отношению к границам заданного интервала.


Рис. 3

Верхний предел контроля частоты ограничен временем задержки одновибраторов и равен нескольким мегагерцам.

Сопротивление резисторов R2, R4 можно варьировать от 5,1 до 82 кОм,
емкость конденсаторов С1, С2 — от единиц до 1000 пФ.

Установку узла на заданный интервал контроля частоты можно выполнить в следующем порядке. На измерительном генераторе импульсов установить частоту, равную fверхн-5 %. Изменяя сопротивление резистора R2, добиться появления перепадов напряжения на грани срыва на прямом выходе триггера DD3.2, т. е. незначительное увеличение сопротивления должно приводить к переключению триггера в нулевое состояние. Установить на генераторе частоту, равную fверхн, и проконтролировать нулевое состояние триггера DD3.2.

Установить на генераторе частоту, равную fнижн+5 %. Изменяя сопротивление резистора R4, добиться появления перепадов напряжения на грани срыва на прямом выходе триггера DD3.1, т. е. при незначительном увеличении сопротивления триггер устанавливается в единичное состояние. Установить на генераторе частоту fнижн и убедиться, что триггер DD3.1 находится в состоянии 0.

ЛИТЕРАТУРА
1. Электроника, 1973, № 18, с. 56. — М.: Мир.
2. Логические ИС КР1533, КР1554. — М.: Бином, 1993.

Радио 5-2005