Частотный пороговый компаратор Советский патент 1983 года по МПК H03K5/19 

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 пороговый компаратор, содержащий в качестве сравнивающего устройства элемент памяти, выполненный на триггере, имеющем уп.равляющий вход, пороговый элемент, выполненный на базе ждущего мультивибратора с двумя переключаемыми времязадающими .Cl 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 недостаток проявляется особенно сильно при необходимости оперативно, например, по командам управляющего вычислительного средства изменять ширину петли гистерезиса.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является частотный пороговый компаратор, со10держащий генератор эталонной частоты, выход которого соединен с первым входом ключа, элемент памяти, выход которого соединен с выходной шиной устройства, первый вход - с выходом пер15вого порогового элемента,а второй вход - с выходом первого и входом . второго формирователей импульсов, причем вход первого формирователя импульсов соединен с входной ишной уст20ройства, а выход второго - с первым входом первого порогового элемента, второй вход которого соединен с первой шиной управления, и второй пороговый элемент, nepBiiffi вход которого

25 соединен с второй шиной управления, второй вход - с выходом генератора эталонной частоты, третий вход - с выходом элемента запрета, первый вход которюго соединен с выходом элемента

30 памяти, второй вход - с врлходом второго формирователя импульсов и вторы входом ключа, третий вход которого соединен с рь.1ходом второго пороговог элемента 2 . Указанное устройство также являет ся компаратором регенеративного типа и, следовательно, обладает гистерезисом передаточной характеристики, ширина петли которого симметрична от носительно опорного значения контролируемой частоты. Порог срабатывания компаратора определяется значением сигнала на 1лине управления первого по рогового элемента, порог отпускания суммарным значением сигналов на шинах управления первого и второго пороговых элементов, В устройстве могут быть использованы пороговые элементы число-импульсного типа. При этом сигналы на шинах управления задаются Б виде кодов чисел, что обеспечивает возможность оперативной сме ны порогов компарации. Недостатком известного устройства является сравнительная сложность про цесса изменения ширины петли гнетерезиса, вызванная тем, что при изменении уровня одного из управляющих сигналов для сохранения симметричности петли гистерезиса относительно опорного значения контролируемой час тоты необходимо произвести соответствующее изменение уровня и другого управляющего сигнала. При использовании устройства в автоматизированно системе соответственно возрастает объем обрабатываемой информации и емкость запоминающего устройства,используемого для програглмирования работы устройства. Цель изобретения - упрощение процесса перестройки, а именно процесса изменения ширины петли гистерезиса. Поставленная цель достигается тем, что в 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 - с 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 гервым входом первого порогового элемен 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 переключатель, выход которого соединен с третьим входом первого порогового элемента, а первый вход подк;почен к выходу , 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. 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 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 fg следования импульсов генератора 3, т.е. частота Q, следования импульсов на выходе делителя 9 равна f f3 /2 . .Устройство работает следующим образом. Через шину 10 на элемент б подается код числа Njj, соответствующий опорному значению f{j контролируемой частоты, а через шину 11 на элемент 7 - код числа ДЫ/2, определяющего при заданном значении ширины петли uf. гистерезиса частотного компаратора пороги его срабатывания f,,c о + ufr/2 и отпускания по о г/ причем NQ F FQ 2- SlV где N Nj -AN/2, N,.Np- -uN/2. Электрические колебания, частота fy которых подлежит контролю, поступают через шину 13 на формирователь 1, который формирует узкие прямоуголь ные импульсы с частотой следования, равной частоте входных колебаний f. 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 6. Задним фронтом импульса, вырабатываемым формирователем 2, элементы 6 и 7 устанавливаются в исходное нулевое состояние, соответствующее нулевым значениям сигналов на их выходах. При этом по нулевому сигналу, образующемуся на выходе элемента 7, переключатель 5 устанавливается в поло)уение, при котором к входу ( счетному) элемента 6 подключается выход ключа 4, Последний разблокирован, если сигнал на 1лине 12 имеет единичное значение, или заблокирован, если этот сигнал имеет нулевое значение. Допустим, сигнал на шине 12 имеет 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. В процессе счета этих импульсов элемент 7 срабатывает при поступлении на вход ЛЫ/2 импульсов и формирует на своем Выходе единичный сигнал. По этому сигналу переключатель 5 устанавливается в положение, при котором на вход элемента 6 поступают импульсы с выхо да делителя 9. В процессе счета этих импульсов элемент б 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 теля 9 после появления импульса формирователя 1, равно fl Np+uN/2. Таким образом, момент cpaбaт шaния эле мента б при нулевом значении сигнала на шине 12 определяется порогом отпускания частотного компаратора. При этом при увеличении (уменьшении) управляющего сигнала на шине 10 элемента 7 для срабатывания элемента 6 на выходе делителя 9 должно успеть появиться соответственно большее (меньшее) число импульсов, что вызывает соответственно уменьи1ение 1увеличение) значения порога fpio отпускания частотного компаратора. Пусть элемент б к моменту прихода второго импульса формирователя 1 сра ботал и, следовательно, на соответст вующий вход элемента 8 поступает еди ничный сигнал. Тогда в момент появле ния второго импульса на выходе форми рователя 1 на выходе элемента 8 также образуется единичный сигнал, ключ 4 разблокируется. Импульс, образующийся на выходе формирователя 2 , вновь сбрасывает в исходное нулевое состоя ние элементы б и 7 и, следовательно, переключатель 5 вновь устанавливается в положение, при котором ключа 4 подключается к входу порогового элемента 7. Импульсы генератора 3 проходят через разблокированный ключ 4 и через переключатель 5 посту пают на вход элемента 7. На вход эле мента 6 по-прежнему поступают импуль сы с выхода делителя 9. К моменту срабатывания элемента 6, т.е. после поступления на его вход ЛН/2 импульов, на вход элемента 6 успевает поступить ДМ импульсов генератора 3. При срабатывании элемента 7 н.а вход порогового элемента 6 вновь поступат импульсы с выхода делителя 9, Элемент б срабатывает, если к моенту появления следующего импульса формирователя 1 на выход делителя 9 поступает еще импульсов. Общее число импульсов, образующееся при этом на выходе делителя 9, равно N , Таким образом, момент срабатывания элемента б при единичном значении сигнала на шине 12 определяется порогом fpc. срабатывания частотного порогового компаратора. При этом при увеличении (уменьшении) уровня управляющего сигнала на ишне 10 элемента 7 для срабатывания элемента б на выходе делителя 9 должно успеть появиться MeHbuiee (большее) число импульсов, что вызывает соответствующее увеличение (уменьшение) значения порога срабатывания компаратора. В 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 вы- . ходе делителя 9, превышает число . Между моментом появления двух импульсов формирователя 1 на выходе делителя 9 образуется Н у импульсов, равное Nj fQ-/ Если контролируемая частота fy меньше порога pQ отпускания частотного порогового KOMnapaTopai.-EyCf,) то N-nW 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 Пеньше, а момент срабатывания эле11ента б будет определяться порогом цс срабатывания частотного порогового компаратора. Если контролируемая частота t оказывается больше порога срабатывания частотного порогового компаратора(-ц Snc) / то и, следовательно, до появления очередного импульса формирователя 1 элемент б не успевает сработать и сигнал на его выходе имеет исходное нулевое значение. Тогда после появления очередного импульса на выходе формирова- теля на шине 12 образуется нулевой сигнал, соответствующий сигналу Больше, а моменты срабатывания элемента б будут определяться порогом ро отпускания частотного порогового компаратора, меньшим его порогаi c срабатывания на величину ширины петл гистерезиса Д. р . В результате, если значение контролируемой частоты х оказывается равным или близким порог пс -срабатывания частотного порогового компаратора (i) - рс. ) / то обратное его срабатьавание вследствие частотной модуляции контролируемой частоты под влиянием шумовой составляющей не произойдет, если изменение Д UJ частоты входного сигнала не превышает значения ширины петли л ip гистерезиса устройства. Пусть управляющий сигнал на шине 10 элемента 7 увеличился. Тогда при сигнале Больше на шине 12 для срабатывания элемента 6 на выходе делителя 9 должно успеть появиться бол шее число импульсов, а при сигнале Меньше - настолько же меньшее число импульсов,что соответственно вызывает уменьшение порога отпускания и увели чение nopora pie ср абатывания на одну и ту же величину и, следовательно соответствующее увеличение значения ширины петли гистерезиса частотного порогового компаратора без смещения петли гистере ис относител но опорного значения ZQ контролиру емой частоты. Соответственнс, уменьшение управляющего сигнала на пине 10 вызывает увеличение порога f отпускания и уменьшение порога срабатывания на одну и ту же величину и, следователь но, соответствующее уменьшение значения ширины петли Л р гистерезиса частотного порогового компаратора без смещения петли гистерезиса относительно опорного значения контролируемой частоты. Таким образом, при кo mapиpoвaнии текущего значения частоты в присутствии помех ложные срабатывания частотного компаратора могут быть исклю чены путем соответствующего изменения уровня сигнала управления на входе элемента 7, определяющего зна.чение ширины петли гистерезиса частотного порогового компаратора, без смещения гистерезиса относительно опорного значения кoнтpoлиpyeIvюй час тоты при неизменном уровне сигнала н входе элемента6. 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 соч динен с выходной шиной устройства, первый вход - с выходом первого порогового элемента, а второй вход - выходом первого и входом второго фо; рователей 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, ч 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, № 12, с. 70-71. 2.Авторское свидетельство СССР № 790237, кл. Н 03 К 5/19, 14.11.78 (прототип).