Частотный пороговый компаратор

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

«1ц1003324 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 20.1Р.81 (21) 3349082/18-21 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

Опубликовано 07.03.83. Бюллетень ¹ 9 (51)М Кп з

Н 03 К 5/19

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК б21 ° 373 (088. 8) Дата опубликования описания 070383 (72) Авторы изобретения

P.A.Èâàøåâ и Г.Ф.Иорозов (71) Заявитель (54 ) ЧАСТОТНЫИ ПОРОГОВЫЙ КОИПДРЛТОР

Изобретение относится к импульсной технике и кюжет быть использовано как в качестве автономного устройства, так и в составе автоматизированных систем регулирования, контроля и измерения.

Известен частотный пороговый компаратор, содержащий в качестве сравнивающего устройства элемент памяти, выполненный на триггере, имеющем управляющий вход, пороговый элемент, выполненный на базе ждущего мультивибратора с двумя переключаемыми времяэадающими цепями 1).

Устройство относится к компараторам регенеративного типа, т.е. характеризуется гистерезисом передаточной характеристики, ширина петли которого симметрична относительно опорного значения контролируемой частоты. Верхний и нижний .пороги переключения (пороги срабатывания и отпускания) компаратора определяются параметрами соответствующих времязадающих цепей ждущего мультивибратора.

Недостатком этого устройства является сложность процесса изменения ширины петли гистерезиса, который требует (для сохранения симметричности петли) регулировки параметров обеих времязадающих цепей. Этот недоев таток проявляется особенно сильно при необходимости оперативно, например, но командам управляющего вычислительного средства изменять ширину петли гистереэиса.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является частотный пороговый компаратор, содержащий генератор эталонной частоты, выход которого соединен с первым входом ключа, элемент памяти, выход которого соединен с выходной шиной устройства, первый вход — c выходом первого порогового элемента,а второй вход — с выходом первого и входом второго формирователей импульсов, причем вход первого формирователя импульсов соединен с входной шиной устройства, а выход второго - с первым входом первого порогового элемента, второй вход которого соединен с первой шиной управления, и второй пороговый элемент, первый вход которого соединен с второй шиной управления, второй вход — с выходом генератора эталонной частоты, третий вход - с выходом элемента запрета, первый вход которого соединен с выходом элемента памяти, второй вход - с выходом вто1003324 рого формирователя импульсов и вторым входом ключа, третий вход которого соединен с выходом второго порогового элемента 1 2 ).

Указанное устройство также является компаратором регенеративного типа и, следовательно, обладает гисте резисом передаточной характеристики, ширина петли которого симметрична относительно опорного значения контролируемой частоты. Порог срабатывания компаратора определяется значением сигнала на шине управления первого порогового элемента, порог отпускания— суммарным значением сигналов на шинах управления первого и второго пороговых элементов. B устройстве могут быть использованы пороговые элементы число-импульсного типа. При этом сигналы на шинах управления задаются в виде кодов чисел, что обес- 20 печивает возможность оперативной смены порогов компарации.

Недостатком известного устройства является сравнительная сложность процесса изменения ширины петли гисте- 25 резиса, вызванная тем, что при изменении уровня одного из управляющих сигналов для сохранения симметричности петли гистерезиса относительно опорного значения контролируемой час- g»3 тоты необходимо произвести соответствующее изменен:e уровня и другого управляющего сигнала. При использовании устройства в автоматизированной системе соответственно возрастает объем обрабатываемой информации и емкость запоминающего устройства,используемого для программирования работы устройства.

Цель изобретения — упрощение про- »(» цесса перестройки, а именно процесса изменения ширины петли гистерезиса.

Поставленная цель достигается тем, что в частотный пороговый компаратор, содержащий генератор эталонной 5 частоты, выход которого соединен с первым входом ключа, элемент памяти, выход которого соединен с выходной шиной устройства, первый вход — c выходом первого порогового элемента, а второй вход — с выходом первого и входом второго формирователей импульсов, причем вход первого формирователя импульсов соединен с входной шиной устройства а выход второго — с гер55 вым входом первого порогового элемен-5 та, второй вход которого соединен с первой шиной управления, и второй пороговый элемент, первый вход которого соединен с второй шиной управления, введены делитель частоты и переключа-6О тель, выход которого соединен с третьим входом первого порогового элемента, а первый вход подключен к выходу ключа, второй вход которого соединен с выходом элемента памяти, вто- 65 рой вход переключателя соединен с вторым входом второго порогового элемента, третий вход которого подключен к выходу второго формирователя импульсов, а выход — к третьему входу переключателя, второй вход которого через делитель частоты соединен с выходом генератора эталонной частоты.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства.

Устройство содержит формирователи

1 и 2 импульсов, генератор 3 эталонной частоты, ключ 4, переключатель 5, пороговые элементы 6 и 7, элемент 8 памяти, делитель 9 частоты, шины 10 и 11 управления, выходную шину 12, входную шину 13.

Элементы б и 7 могут быть выполнены как на базе счетчика импульсов, предустановка которого осуществляется через вентили, а импульсный выход переноса подключен к входу триггера, так и на базе счетчика импульсов с устройством сравнения кодов, выход которого подключен к триггеру, либо в виде любого другого устройства, формирующего сигнал при поступлении на его вход определенного числа импульсов, заданного сигналом управления.

Делитель 9 осуществляет деление на два частоты f9 следования импульсов генератора 3, т.е. частота + следования импульсов на выходе делителя

9 равна Г = f /2.

Устройство работает следующим об: разом.

Через шину 10 на элемент 6 подается код числа N>, соответствующий опорному э н аче нию f контролируемой частоты, а через шину 11 на элемент

7 — код числа CN/2, определяющего при заданном значении ширины петли

5f гистерезиса частотного компараГ тора пороги его срабатывания fäс =Г„+

+Мг /2 и от" ускания f î = fî - b f /2, причем No fg / fî рй »-(c o где»»„=NO-Ь»»/2, N =N+Ь»»/2 °

2. О

Электрические колебания, частота которых подлежит контролю, поступают через шину 13 на формирователь . 1, который формирует узкие прямоуголь ные импульсы с частотой следования, равной частоте входных колебаний

Допустим, на выходе формирователя

1 появляется импульс. Этот импульс поступает на вход (управляющий) элемента 8. При этом сигнал на шине 12 элемента 8 принимает значение сигнала на выходе элемента б. Задним фронтом импульса, вырабатываемым формирователем 2, элементы б и 7 устанавливаются в исходное нулевое состояние, соответствующее нулевым значениям сигна1003324 лов на их выходах. При этом по нулевому сигналу, образуюшемуся на выходе элемента 7, переключатель 5 устанавливается в положение, при котором к входу (счетному) элемента б подклкчается выход ключа 4. Последний разблокирован, если сигнал на шине 12 имеет единичное значение, или заблокирован, если этот сигнал имеет нулевое значение.

Допустим, сигнал на шине 12 имеет iO нулевое значение, ключ 4 заблокирован и, следовательно, импульсы на вход элемента 6 не поступают. На вход (счетный) элемента 7 поступают импульсы с выхода делителя 9 . .Р процес-15 се счета этих импульсов элемент 7 срабатывает при поступлении на вход дЯ/2 импульсов и формирует на своем выходе единичный си гн ал. По этому сигналу переключатель 5 устанавливается в положение, при котором на вход элемента б поступают импульсы с выхода делителя 9. B процессе счета этих импульсов элемент 6 срабатывает и на его выходе появляется единичный сигнал, если до появления второго импульса формирователя 1 с выхода делителя 9 "успевает" поступить еще N импульсов. Общее число импульсов, образующееся при этом на выходе дели- о теля 9 после появления импульса формирователя 1, равно и =й +ай/2. Таким образом, момент срабатывания элемента б при нулевом значении сигнала на шине 12 определяется порогом <по 35 отпускания частотного компаратора.

При этом при увеличении (уменьшении) управляющего сигнала на шине 10 элемента 7 для срабатывания элемента б на выходе делителя 9 должно "успеть" появиться соответственно большее (меньшее) число импульсов, что вызывает соответственно уменьшение (увеличение) значения порога ГП0 отпускания частотного компаратора.

Пусть элемент б к моменту прихода второго импульса формирователя 1 сработал и, следовательно, на соответствующий вход элемента 8 поступает единичный сигнал. Тогда в момент появле- 5О ния второго импульса на выходе формирователя 1 на выходе элемента 8 так.<е образуется единичный сигнал, ключ

4 разблокируется. Импульс, образующийся на выходе формирователя 2, вновь сбрасывает в исходное нулевое состояние элементы б и 7 и, следовательно, переключатель 5 вновь устанавливается в положение, при котором выход ключа 4 подключается к входу порогового элемента 7. Импульсы генератора

3 проходят через разблокированный ключ 4 и через переключатель 5 поступают на вход элемента 7. На вход элемента 6 по-прежнему поступают импульсы с выхода делителя 9. К моменту 65 срабатывания элемента 6, т.е. после поступления на его вход Ьй/2 импульсов, на вход элемента 6 "успевает" поступить Ь и импульсов генератора 3.

При срабатывании элемента 7 на вход порогового элемента б вновь поступают импульсы с выхода делителя 9.

Элемент б срабатывает, если к моменту появления следующего импульса формирователя 1 на выход делителя 9 поступает еще Nz -ht4 импульсов. Общее число импульсов, образующееся при этом на выходе делителя 9, равно N< =

=N -сЯ/2. Таким образом, момент срабатывания элемента б при единичном значении сигнала на шине 12 определяется порогом f c срабатывания частотного порогового компаратора. При этом при увеличении (уменьшении) уровня управляющего сигнала на шине

10 элемента 7 для срабатывания элемента 6 на выходе делителя 9 должно

"успеть" появиться меньшее (большее) число импульсов, что вызывает соответствующее увеличение (уменьшение) значения порога f>c срабатывания компаратора.

B общем случае элемент б срабатывает независимо от значения сигнала на шине 12 (например, при включении устройства), если к моменту появления очередного импульса формирователя 1 число импульсов, образующихся на выходе делителя 9, превышает число N

Ilexay моментом появления двух импульсов формирователя 1 на выходе делителя 9 образуется N X импульсов, равное и =Е, / Q

Если контролируемая частота меньше порога „ отпускания частотного порогового компаратораЯ по), то N> > Й.2 и, следовательно, элемент б срабатывает до появления очередного импульса формирователя 1. Тогда при поступлении очередного импульса формирователя 1 на шине 12 появляется единичный сигнал, соответствующий результату сравнения "11еньше", а момент срабатывания элемента б будет определяться порогом Ьяс срабатывания частотного порогового компаратора.

Если контролируемая частота оказывается болы е порога %п срабатывания частотного порогового компаратора(1х

его выходе имеет исходное нулевое значение. Тогда после появления очередного импульса на выходе формирователя.1 на шине 12 образуется нулевой сигнал, соответствующий сигналу

"Больше", а моменты срабатывания элемента 6 будут определяться порогом отпускания частотного порогового компаратора, меньшим его порога1п

1003324 срабатывания на величину ширины петли гистерезнса Ь Е„. В результате, если значение контролируемой частоты 1 оказывается равным или близким порогу

Е с ерабатывания частотного порогои

5 вого компаратора (1 — E п ), то обратное его срабатывание вследствие частотной модуляции контролируемой частоты под влиянием шумовой составляющей не произойдет, если изменение

Ь| ц частоты входного сигнала «е 10 превышает значения ширины петли А гистерезиса устройства.

Пусть управляющий сигнал на шине

10 элемента 7 увеличился. Тогда при сигнале "Больше" на шине 12 для сра- l5 батывания элемента 6 на выходе делителя 9 должно "успеть" появиться большее число импульсов, а при сигнале

"Меньше" — настолько же меньшее число импульсов, что соответственно вызывает уменьшение порога т. отпускания и увеличение порога1п срабатывания на одну и ту же величину и, следовательно, соответствующее увеличение значения ширины петли D E z гистерезиса час- g5 тотного порогового компаратора без смещения петли гистере"ис -относительно опорного значения f контролируемой частоты.

Соответственнс, уменьшение управляющего сигнала на пине 10 вызывает увеличение порога „О отпускания и уменьшение порога пс срабатывания на одну и ту же величину и, следовательно, соответствующее уменьшение значения ширины петли и Рг гистерезиса частотного порогового компаратора без смещения петли гистерезиса относительно опорного значения контролируемой частоты.

Таким образом, при компарировании текущего значения частоты в присутствии помех ложные срабатывания частотного компаратора могут быть исключены путем соответствующего изменения уровня сигнала управления на входе элемента 7, определяющего значение ширины петли гистерезиса частотного порогового компаратора, без смещения гистерезиса относительно опорного значения контролируемой час- 5Î тоты при неизменном уровне сигнала на входе элемента 6.

Введение новых элементов — делителя частоты и переключателя — позволяет получить симметричную петлю гистерезиса при изменении его значения без необходимости регулировки одного из управляющих сигналов, т.е. значительно упростить процесс изменения ширины петли гистерезиса частотного порогового компаратора.

Формула изобретения

Частотный пороговый компаратор, содержащий генератор эталонной частоты, выход к торого соединен с первым входом ключ, элемент памяти, выход которого со. динен с выходной шиной устройства, первый вход — с выходом первого порогового элемента, а второй вход — выходом первого и входом второго фо рователей импульсов, причем вхо,.первого формирователя импульсов соединен с входной шиной устройства, а выход второго — с первым входом первого порогового элемента, второй вход которого соединен с первой шиной управления, и второй пороговый элемент, первый вход которого соединен с второй шиной управления, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса перестройки, в него введены делитель частоты и переключатель, выход которого соединен с третьим входом первого порогового элемента, а первый вход подключен к выходу ключа, второй вход которого соединен с выходом элемента памяти, второй вход переключателя соединен с вторым входом второго порогового элемента, третий вход которого подключен к выходу второго формирователя импульсов, а выход — к третьему входу переключателя, второй вход которого через делитель частоты соединен с выходом генератора эталонной частоты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Николл. Сигнализатор выхода за пределы частотного диапазона. — "Электроника", т. 51, 1978, Р 12, с. 70-71.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 790237, кл. Н 03 К 5/19, 14.11.78 (прототип), 1003324 Составитель Р.Соколов

Редактор В.Петрам ехред A.Бабинец

Корректор И.Шулла

r филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

Заказ 1588/44 Тираж 934 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, I ".oñêâà, 7 -35, Рауиская наб., д.4/5