Частотный двухпороговый компаратор

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик и >993462 (61) Дополмительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 300481 (2f) 3284663/18-21 с присоединением заявки М-(И) М.gn.з

Н 03 К 5/19. Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (23) Приоритет(33) УДК 621. 374 .33(088.8) Опубликовано 300133, Бюллетень М? 4.Дата опубликования описаиия3001,83 (72) Авторы изобретения

P A.Hâàøåâ и Г.Ф.Морозов (71) Заявитель. (54) ЧАСТОТНЫИ ДВУХПОРОГОВЫЙ KONHAPATOP

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

Известен частотный двухпороговый компаратор, содержащий двухпороговый элемент. связанный через соот ветствующие элементы памяти с логическим элементом И. Цвухпоооговый элемент выполнен на .двух ждущих мультивибраторах, элементы памяти — на счетных триггерах. снабженных управляющими входами 1Д.

Одним из недостатков данного устройства является его сравнительно низкая помехоустойчивость вблизи порогов срабатывания. которая проявляется в многократных срабатываниях устройства при наличии шума. вызывающего частотную модуляцию контролируемой частоты. а также валедствие нестабильности параметров времязадающих цепей ждущих мультивибраторов. вызывающей частотную модуляцию пороговых частот.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является час тотный двухпороговый генератор. со-. держащий генератор опорной частоты. двухпоро1овый элемент. первый и второй входы которого соединены с

5 соответствующими источниками сигналов управления. а одноименные выходы с первыми входами соответственно первого и второго элементов памяти, одни иэ выходов которых подключены к соответствующим входам логического элемента И, первый формирователь импульсов. вход которого подключен к источнику входного сигнала. а выход — к вторым входам элементов памяти и через второй формирователь импульсов - к третьему входу двухпорогового элемента 2).

К недостаткам известного устройст ва относится также его сравнительно невысокая помехоустойчивость вблизи порогов срабатывания в присутствии шума, вызывающего частотную модуляцию контролируемой частоты, а также вследствие изменения опорных интервалов времени. вызываемого кратковременной нестабильностью частоты генератора опорной частоты.

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости устройства.

Ноставленная цель достигается тем

З0 что в устройство, содержащее генера9934б2 ча 9 и 10, переключатель 11, два логических элемента ИЛИ 12 и 13 и формирователь 14 импульсов, причем выход генератора 1 опорной частоты соединен с первым входом однопорогового элемента 8 непосредственно и. с четвертым входом двухпороговсго эле- . мента 2 через ключ 9.Вход управления ключа 9 через логический элемент ИЛИ 12 соединен с первым выходом переключателя 11 и выходом однопорогового элемента 8; второй вход которого соедмнен с третьим источником сигнала увравления, а третий его вход соединен через логический элемент ИЛИ 13 с выходом формйрователя 14 импульсов и с выходом ключа 10. Вход ключа 10 соединен с выходом формирователя 7 импульсов, а вход управления — с вторым выходом элемента 3 памяти. Вход формирователя 14 импульсов соединен с вторым выходом переключатеЛя 11, вход которого соединен с выходом логического элемента И 5.

На вход 15 подается входной сигнал, на входы 1б-18 - сигналы управления, соответствующие выходные сигналы снимаются с выходов 19-21.

Двухпороговый элемент 2 может быть выполнен как на базе счетчика со схемами сравнения, выходы которых подключены к входам соответствующих триггеров, так и на базе счетчиков, предустановка которых осуществляется через вентили, а импульсные выходы переноса подключены к входам соответствующих триггеров, либо в виде любой другой схемы, формирующей сигналы при поступлении на ее вход определенных чисел импульсов, заданных сигналами управления.

Однопороговый элемент 8 может быть выполнен аналогично элементу 2, либо на базе ждущего мультивибратора с триггером на выходе.

Устройство работает следующим образом.

Больший f и меньший f> пороги срабатывания компаратора задаются в виде кодов чисел й, и N на входах

1б и 17 соответственно. Причем о 4С,= о1 м, Причем тор опорной частоты, двухпороговый элемент, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым источниками сигналов управления, а одноименные выходыс первыми входами соответственно 5 первого и второго элементов памяти, первые выходы которых подключены к соответствующим входам элемейта И, первый формирователь импульсов, вход которого подключен к источнику вход- 10 ного сигнала, а выход - к вторым входам первого и второго элементов памяти и через второй формирователь импульсов к третьему входу двухпорогового элемента, введены однопороговый элемент, третий источник сигнала управления. два ключа, переключатель, два элемента ИЛИ и третий формирователь импульсов, причем выход генератора опорной частоты соединен с первым входом однопорогового элеМента непосредственно и с четвертым входом двухпорогового элемента через первый ключ, вход управления которого соединен q выходом элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с первым выходом переключателя, а второй вход— с выходом однопорогового элемента, второй вход которого соединен с третьим источником сигнала управления, а третий вход соединен с выходом 30 второго элемента ИЛИ, первый вход ко торого соединен с выходом третьего формирователя импульсов. а второй вход — с выходом второго ключа. вход которого соединен с выходом второго 35 .формирователя импульсов, а вход управления — с вторым выходом первого элемента памяти, вход третьего формирователя импульсов соединен С вторым выходом переключателя, вход 40 которого соединен с выходом логического элемента И, а вход управления— с первым выходом двухпорогового элемента.

На.чертеже приведена структурная 45 электрическая схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит генератор 1 опорной частоты, двухпороговый элемент 2, первый и второй входы которого соединены с соответствующими ис50 точниками сигналов управления,а одноименные выходы — соответственно с riepвыми входами элементов 3 и 4 памяти, одни из выходов которых подключены к соответствующим входам логи- 5

55 д ческого элемента И 5, формирователя б импульсов, вход которого подключен к источнику входного сигнала, а выход — к вторым входам элементов

3 и 4 памяти и через форглирователь 7 60 импульсов — к третьему входу двухпорогового элемента 2.

Устройство содержит также однопороговый элемент 8, третий источник сигнала управления, два ключастота следования импульсов генератора 1. На вход

18 подается код числа. AN соответствующего значению гистерезиса компаратора, определяющего больший и меньший Г„,ророги отпускания компаратора.

1„=, 1Ь +ЬИ,), %,=N, (К,+дН,).

993462

Электрические сигналы, частота Гк которых подлежит контролю, поступают на вход 15 формирователя б.

Последний формирует прямоугольные импульсы с частотой следования, равной частоте входных сигналов f .

Если на выходе формирователя б появляется импульс, то он, поступает на входы записи элементов 3 и 4 памяти. При этом сигналы на единичных выходах элементов 3 и 4 принимают значения, соответствующие значениям сигналов на первом и:втором выходах двухпорогового элемента 2. Тогда единичное значение на одном из выходов 19-21 устройства образуется соответственно при единичных значениях сигналов на обоих выходах двухпорогового элемента 2. при единичном значении сигнала только на его первом выходе и при нулевых значениях сигналов на обоях его выходах.

Сигнал с выхода 20 через переключатель 11 поступает на вход логического элемента ИЛИ 12 при нулевом значении сигнала на первом выходе двухпорогового элемеита 2. и на вход формирователя 14 — при единичном значении этого сигнала.

В том случае, когда единичный сигнал образуется на выходе 21 ключ 10 разблокирован. а на выходах переключателя 11 сигналы имеют нулевое значение независгчо от его состояния.- По заднеМу фронту импульса формирователя 6 срабатывает формирователь 7. Импульс последнего устанавливает двухпороговый элемент 2 в исходное нулевое состояние. соответствующее нулевому значению сигнала на его выходах и через ключ 10 проходит на вход логического элемента KHM 13. Образующийся при этом на выходе элемента 13 импульс устанавливает однопороговый элемент 8 в исходное нулевое состояние, соответ.ствующее нулевому значению сигнала на его выходе. При этом сигнал на выходе логического элемента ИЛИ 12 также принимает нулевое значение и ключ 9 оказывается заблокированным.

На счетный вход однопорогового элемента 8 поступают импульсы генератора 1. В процессе счета этих импульсов элемент 8 срабатывает при поступлении на era вход -h N. импульсов, число которых соответствует значению гистерезиса компаратора, и формирует на своем выходеединичный сигнал. Ключ 9 разблокируется и импульсы генератора 1 начинают поступать на счетный вход двухпорогового элемента 2. В процессе счета этих импульсов двухпороговый элемент 2 срабатйвает и на его

:первом выходе появляется единичнйй сигнал, если до появления второго импульса формирователя б с выхода генератора 1 успевает поступить еще и импульсов, число которых соответствует большему порогу f срабатывания компаратора. Двухпороговый элемент 2 срабатывает повторно

5 ..и на его втором выходе появляется единичный сигнал. если на его счетный вход успевает поступить еще и -й импульсов. Общее число импульсов, образующееся на выходе генера10 тора 1 после появления импульса формирователя 6, равно соответственно й, + Ь и при первом и Q+ Ь и .при втором срабатывании двухпорогового элемента 2..

Таким образом. первый и второй моменты срабатывания двухпорогового элемента 2 при единичном значении сигнала на выходе 21 определяются соответственно большим урн меньшим порогами отпускания.

Если единичный сигнал образуется на выходе 20. то ключ 10 блокируется,а переключатель 11 при нулевом значении сигнала на первом выхо25 де двухпорогового элемента 2, образукицемся при срабатывании формирователя 7, устанавливается в состояние, при котором единичный сигнал с выхода 20 поступает на вход логи30 ческого элемента ИЛИ 12.- При этом на выходе последнего независимо от состояния однопорогового элемента 8 образуется единичный сигнал, разблокирующий ключ 9. Двухпороговый эле35 мент 2 срабатывает и íà его первом выходе образуется единичный сигнал, если к моменту появления следующего .импульса формирователя б на выход генератора 1 поступает й, им-,.

40 пульсов. В момент срабатывания переключатель 11 устанавливается в состояние, при котором единичный сигнал с выхода 20 поступает на вход. формирователя 14. По образующемуся

45 на его входе перепаду напРяжения формирователь 14 срабатывает и формирует импульс, поступающий через логический элемент ИЛИ 13 на соот ветствующий вход однопорогового элемента 8. На выходе последнего образуется нулевой сигнал, блокирующий ключ 9. В результате двухпороговый элемент 2 срабатывает повторно и на его втором выходе образуется единичный сигнал, если к моменту появ55 ления следующего импульса формирова-. теля 6 на выход генератора 1 поступает N<+ hN< импульсов. Таким образом, при единичном сигнале на выходе 20 моменты срабатывания двух60 порогового элемента 2 определяются большим f порогом срабатывания и меньшим f порогом отпускания компаратора.

При единичном сигнале на выходе 19

65 импульсы на входы логического эле993462,мента ИЛИ 13 не поступают и на вы ходе однопорогового.элемента 8 устанавливается единичный сигнал, разблокирующий ключ 9. В результате моменты срабатывания двухпорогового элемента 2 определяются большим УSc и меньшим f порогами срабатывания компаратора.

В общем случае двухпороговый эле- мент 2 срабатывает дважды независимо от значений сигналов на выходах

19-21,(например при включении устройства), если к моменту появления очередного импульса формирователя 6 число импульсов, образующихся на выхо де генератора 1. превышает число

Ny+ ЪМ.„.

Между моментами появления двух импульсов формирователя б на выхо,де генератора 1 образуется N. импульсов, равное

Если контролируемая частота f меньше меньшего порога Кмоотпуск а н ия компаратора (f с fz), то

М ) r N<+ Ь N и, следовательно, . двухпороговый элемент 2 срабатывает дважды до появления очередного импульса формирователя б и на его обоих выходах образуются единичные сигналы. Тогда при поступлении очередного импульса формирователя б на -единичном выходе элемента 4, т. е. на выходе 19, образуется единичный сигнал, соответствующий результату сравнения "Меньше", а моменты срабатывания двухпорогового элемента 2 определяются большпм и меньшим Гмо порогами, срабатывания компаратора.

Если контролируемая частота f< находится в пределах заданных порогов срабатывания (f < f с f c ), то М с N< с М и, следовательно, до появления очередного импульса формирователя б двухпороговый элемент 2 успевает сработать только один раз, единичный сигнал образуется только на его первом выходе.Тог.да после появления очередного импульса на выходе формирователя 6 на единичном выходе элемента 3 и нулевом выходе элемента 4 образуются единичные сигналы. На выходе элемента И 5, и следовательно, на выходе 20 образуется единичный сигнал, соответствующий результату сравнения "Норма". При этом моменты срабатывания двухпорогового элемента 2 определяются большим порогом fg< срабатывания и меньшим порогом f o отпускания.

Если контролируемая частота f> оказывается больше большего порога БС срабатывани (fх > f ), то

М с М и, следовательно, двухпороговый элемент 2 не успевает сработать ни разу и сигналы на обоих его выходах имеют нулевое значение. Тогда после появления очередного импульса формирователя б на нулевом выходе элемента З,и, следовательно, 5 на выходе 21 образуется единичный. сигнал, соответствующий результату сравнения "Больше". При этом пороги срабатывания двухпорогового элемента 2 определяются большим fgy u

10 меньшим цо порогами отпускания.

В результате, если значение контролируемой частоты fyоказывается равным или близким меньшему Гмс или большему Гбс порогам срабатывания компаf5 ратора, то обратных срабатываний компаратора вследствие частотной модуляции контролируемой частоты под влиянием. например шумовой составляющей, не произойдет, если изменение . Af частоты входного сигнала не превысит значения hf.- гисте-г. резиса компаратора.

Введение новых элементов — однопорогового элемента, двух ключей, пе25 реключателя, двух логических элементов ИЛИ и формирователя импульсов позволяет исключить.многократ- ные срабатывания двухпорогового компаратора вблизи порогов его срабатывания, т.е. повысить помехоустойчивость устройства.

Формула изобретения

35 частотный двухпороговый компаратор, содержащий генератор опорной частоты, двухпороговый элемент, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вто4О рым источниками сигналов управления, а .одноименные выходы — с первыми входами соответственно первого и второго элементов памяти, первые выходы которых подключены к соответ45 ствующим входам элемента И, первый формирователь импульсов, вход которого подключен к источнику входного сигнала, а выход — к вторым входам . первого и второго элементов памяти

50 и через второй формирователь импульсов к третьему входу двухпорогового элемента, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, в него введены однопороговый элемент, третий источник сигнала управления, два ключа, переключатель, два элемента ИЛИ и третий формирователь импульсов, причем выход генератора озорной частоты соединен с первым входом однопоро6О гового элемента непосредственно и с четвертым вхбдом двухпорогового ,элемента через первый ключ, вход управления которого соединен с выходом элемента ИЛИ, первый вход кото65 рого соединен с первым выходом пе993462

Составитель С.Николаев

Техред, Т. Фанта Корректор И.Шулла

Редактор Н.Стацишина

Заказ 507/76

Тираж 934 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент". r. Ужгород, ул. Проектная, 4 реключателя, а второй вход — с выходом однопорогового элемента, второй вход которого соединен с третьим источником сигнала управления, а третий вход соединен с выходом второго элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом третьего формирователя импульсов. а второй входс выходом второго ключа, вход которого соединен с выходом второго формирователя импульсов, а вход уп- !О равления - с втормет выходом первого элемента памяти, вход третьего формирователя импульсов соединен с вторым выходом переключателя, вход которого соединен с выходом элемента И. а вход управления — с первым выходом двухпорогового элемента.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Частотный компаратор, состоящий из ждущего мультивибратора и триггера.- "Электроника", 1972, Р 9, с; 61-62.

2. Авторское свидетельство СССР

570193. кл. Н 03 К 5/19, 1977.