Частотный дискриминатор Советский патент 1985 года по МПК H03D3/02 

Выход Изобретение относится к радиотех|Нике и может быть использовано в радиоизмерительных системах и системах автоматического управления. Известен частотньш дискриминатор содержащий два соединенных по входу полосовых фильтра, выходы которых подключены к алгебраическому сумматору через амплитудные детекторы 1 J. Однако известньй дискриминатор имеет малую ширину зоны дискриминации, равную расстройке полосовых фильтров по частоте. Известен частотный дискриминатор содержащий нормализатор амплитуды, вход которого является входом устрой ства, а выход подключен к общему входу двух полосовых фильтров, между выходами которых включены параллельно входами алгебраический сумматор и фазовый детектор, соединенньш выходом через пороговьй элемент с первым входом решающего блока, выход которого является выходом частотного дискриминатораС23. Однако в известном частотном диск риминаторе дискриминационная характеристика имеет малую крутизну. Целью изобретения является увели чение крутизны дискриминационной харак еристики. Поставленная цель достигается тем что в частотный дискриминатор , содер жадщч нормализатор амплитуды, вход которого является входом устройства а выход подключен к общему входу дву полосовых фильтров, между выходами которых включены параллельно входами алгебраический сумматор и фазовый детектор, соединенный выходом через пороговьй элемент с первым входом решающего блока, выход которого явля ется выходом частотного дискриминатора, к второму входу решающего блока подключен выходом второй фазовьй детектор, включенньй входами между выходом алгебраического сумматора и выходом нормализатора амплитуды. В предложенном устройстве дискрими национная характеристика формируется за счет амплитудно-фазовых различий прохояодения сигнала через расстроенные полосовые фильтры, а не. только счет амплитудных различий, как в устройстве-прототипе. Этим объясниется повышение крутизны дискриминаци онной характеристики предлагаемого устройства. На фиг.1 приведена структурная схема частотного дискриминатора; на фиг.2 - дискриминационные характеристики предложенного и известного 2J частотных дискриминаторов; на фиг.З структурная схема решакяцего блока; на фиг.4 - кривые, поясняющие работу решающего блока и формирование дискриминационной характеристики частотного дискриминатора. Устройство содержит нормализатор 1 амплитуды, полосовые фильтры 2 и 3, фазовьй детектор 4, пороговьй злемент 5, алгебраический сумматор 6, второй фазовьй детектор 7, решающий блок 8. Решающий блок 8 (фиг.З) включает в себя следующие узлы: инвертирующий усилитель 9, сумматоры 10 и 11, жесткий ограничитель-12 с прямым и инверсным выходами, ключи 13-15, логические элементы И 16 и 17, инвертор 18. Кривые на фиг.4 обозначают следующие функции частоты входного напряжения частотного дискриминатора: а - выходное напряжение алгебраического сумматора б - выходное напряжение порогового элемента; в напряжениена прямом выходе жесткого ограничителя; г - напряжение на инверсном входе жесткого ограничителя д, е, ж - напряжения, управляющие ключами 13-15, поступающие на них с выходов элементов И 16 и 17 и инвертора 18 соответственноj з - выходное напряжение частотного дискриминатора. Частотньй дискриминатор работает следующим образом. Входное напряжение поступает через нормализатор 1 амплитуды на входы полосовых фильтров 2 и 3, один из которых расстроен относительно средней частоты входного сигнала на + а другой на - / При изменении частоты входного напряжения выходные напряжения полосовых фильтров 2 и 3 меняются, причем отличаются между собой как по амплитуде, так и по фазе. Напряжение с выхода алгебраического сумматора 6 пропорционально разности этих напряжений. Напряжение с выхода фазового детектора 7 пропорционально косинусу разности фаз напряжений алгебраического сумматора 6 и входного напряжения полосовых фильтров 2 и 3. Зависимость

31

нормированного напряжения с выхода фаз овогр детектора 7 от обобщенной расстройки при различных значениях обобщенной расстройки контуров д,рассчитанная для полосовых фильтров 2 и 3 в виде колебательных контуров, показана на (иг.2 сплошной линией. Напряжение, пропорциональное косинусу разности фаз выходных напряжений полосовых фильтров 2 и 3, вьщеляемое на выходе фазового детектора 4, сравнивается с пороговым напряжением порогового элемента 5, и на его выходе вырабатывается напряжение, соответствующее логической единице, если входное напряжение превышает пороговое. Если входное напряжение ниже порогового, то пороговьй элемент 5 формирует напряжение, соответствующее логическому нулю. Входное напряжение, формируемое как косинус разности фазочастотных характеристик полосовых фильтров 2 и 3 имеет единственный максимум на средней частоте входного сигнала и симметричные спадающие ветви при частотной расстройке. Уровень порогового напряжения регулируется таким образом, чтобы переходы из состояния логического нуля в состояние логйческой единицы соответствовали частотным положениям экстремумов дискриминационной характеристики, положи,тельные ветви которой показаны на фиг.2. Сигналы с выходов фазового детектора 7 и порогового элемента 5 поступают на входы решающего блока 8 которьй производит логическую обработку входных сигналов. Если с выхода порогового элемента 5 поступает сигнал, соответствующий логической единице, то решающий блок 8 работает на участке между экстремумами дискриминационной характеристики. Если поступает сигнал логического нуля, то в зависимости от знака напряжения с вьпсода фазового детектора решающий блок 8 работает либо на одном, либо на другом падающем участ ке дискриминационной характеристики, что делает зону дискриминации шире частотной расстройки полосовых фильтров 2 и 3.

Решающий блок 8 (см.фиг.3) работает следукяцим образом.

Выходное напряжение инвертирующего усилителя 9 поступает на входы двух сумматоров 10 и 11, причем

02244

на вторые входы этих сумматоров поданы положительное и отрицательное напряжения соответственно, величина которых в два раза превышает максимальное выходное напряжение алгебраического сумматора. Выходные напряжения сумматоров 10 и 11 поступают на входы ключей 13 и 14 соответственно. Кроме того, выходное to напряжение алгебраического сумматора поступает на вход ключа 15 непосредственно.

Управление ключами 13, 14 и 15 выполняется в соответствии с алго 5 ритмом работы решающего блока, описанным выше.

Выходное напряжение алгебраического сумматора поступает на вход жесткого ограничителя 12, вьцщляю20 щего знак входного напряжения. При поступлении положительного входного напряжения на прямом выходе жесткого ограничителя присутствует напряжение, соответствующее логической 25 единице, в противном случае - напряжение, соответствующее логическому нулю (фиг.4 в).

В результате управления ключами 13, 14 и 15 напряжениями д, е, ж , в диапазоне частот f f открыт ключ 14, а ключи 13 и 15 закрыты; в диапазоне частот : € f открыт ключ 15, а ключи 13 и 14 закрыты; в диапазоне частотf, открыт ключ 13, а ключи 14 и 15 закрыты. В итоге результирующая зависимость выходного напряжения решающего блока от частоты, являкяцаясядискриминационной характеристикой предлагаемого частотного дискриминатора, имеет вид, аппроксимированньй кривой j- .

Увеличение крутизны дискриминационной характеристики предложенного устройства можно показать на примере применения в качестве полосовых фильтров колебательных контуров, Тогда в устройстве -прототипе нормированная дискри шнационная характеристика имеет вид

1 1

50 V,(,o)

fKvi iRvi)

,1

и приведена на фиг.2 пунктиром. . При этом крутизна нормированной дискриминационной характеристики в

нуле ,

п.

5,Х/50(1.)

51

Нормированная полоса дискриминации (расстояние между экстремумами 4, ) равна 2 1 | 2,

Нормированную дискриминационную .характеристику предлагаемого устройства V.2 можно найти как косинус фазочастотной характеристики разности нормированных комплексных коэффициентов передачи расстроенных контуров:

() uVfo)

. . srtrctoК,-К2

2

2

При этом крутизна нормированной дискриминационной Характеристики предлагаемого устройства в нуле

140224 6

Нормированная полоса дискриминаиии равна 2 1 . Поделив

соответствующие выражения, находи. , выигрыш предлагаемого устройства ,по крутизне и полосе дискриминации

ЧАСТОТНЫЙ ДИСКРИМИНАТОР, содержащий нормализатор амплитуды, вход которого является входом устройства, а выход подключен к общему входу двух полосовых фильтров, .между выходами которых включены параллельно входами алгебраический сумматор и фазовый детектор, соединенный выходом через пороговый элемент с первым входом решающего блока, выход которого является выходом частотного дискриминатора, отличающийся тем, что, с целью увеличения крутизны дискриминационной характеристики, к второму входу решакмцего блока подключен выходом второй фазовый детектор, включенный входами между выходом алгебраического сумматора и выходом нормализатора амплитуды.3

О

I

so

i

U

I4

ta

QQ

:5

$