Импульсно-счетный частотный детектор Советский патент 1993 года по МПК H03D3/00 

ГЦ

г

(Л

С

Использование: изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиоприемных устройствах, а также устройствах измерения частоты. Сущность изо- брётения: устройство содержит усилитель-ограничитель 1, два одновибра- тора 2, 4, инвертор 3, сумматор 5, ФНЧ 6. 1-2-3-4-5-6.2-5.4 ил.

Фм.1

vj

Ч)

со

СП

со

Изобретение относится к радиотехнике и может быть йс гг6ль зовано в радиоприемных устройствах, а также устройствах измерения частоты.

Известны импульсные частотные детекторы, принцип действия которых основан на преобразовании частотно-модулированного колебания в последовательность импульсов с неизменными амплитудой и длительностью. Решение о переданном сообщении выносится в результате анализа усредненной выходной последовательности импульсов, уровень напряжения которой пропорционален числу импульсов в единицу времени, т.е. переданной частоте.

Недостатком вышеназванных детекторов и им аналогичных является их нестабильная работа в диапазоне температур, т.к. с изменением температуры меняется длительность импульсов, что приводит к изменению уровня выходного напряжения и, следовательно, к ошибке в определении входной частоты.

Наиболее близок к предлагаемому импульсный ЧМ-детектор, описанный в заявке Великобритании № 2114832, 1983, принятый за прототип.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства.

Устройство-прототип содержит последовательно соединенные усилитель-ограничитель 1, инвертор 2, одновибраторы 3, 4, сумматор 5, ФНЧ б, причем выход усилителя-ограничителя 1 соединен также с входом второго одновибратора 4, выход которого подключен к второму входу сумматора 5. Вход усилителя-ограничителя 1 является входом устройства, выходом которого является выход ФНЧ 6.

Устройство прототип работает следующим образом, С выхода усилителя-осрани- чителя 1 последовательность прямоугольных импульсов подается на од- новибратор 3, который под действием пере дних фронтов ограниченного входного сигнала вырабатывает последовательность импульсов заданной длительности.

При этом одновибратор 4 под действием задних фронтов входного сигнала формирует свою последовательность импульсов той же длительности. На центральной (немодулированной} входной частоте длительность вырабатываемых импульсов равна длительности входного сигнала, Обе последовательности импульсов подаются на аналоговый сумматор и далее на ФНЧ. При изменении значения входной частоты сигнала аналогично изменяется ширина импульсов, а также уровень, напряжения, снимаемого с сумматора, Таким образом, частотная модуляция входного сигнала превращается в итоге в изменения уровня сигнала на выходе устройства. Однако данное устройство решает задачу детектирования ЧМ-колебания безошибочно только в узком диапазоне изменения окружающей температуры, точнее при неизменной температуре.

Действительно, используемые в одновибраторах активные элементы имеют нестабильный в диапазоне температур порог переключения. Например для элемента И- НЕ стандартной серии ТТЛ {см. Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы

5 под ред. С.В. Якубовского, М., Радио и связь, 1984, рис. 3.96) при изменении температуры от 125 до -60°С, порог переключения изменяется от 1,0 до 1,7 В, т.е. на 70%, Это изменение приводит к соответствующе0 му изменению длительности импульса, вырабатываемого одновибратором, что, в свою очередь, обусловливает соответствующее изменение выходного напряжения устройства и, следовательно, приведет к

5 ошибке в определении входной частоты даже на центральной (немодулированной) частоте.

При малых значениях девиации частоты возможна даже обратная (негативная) рабо0 та детектора, т.е. в условиях изменения температуры устройство по заявке № 2114832 (Великобритания) неработоспособно.

Цель изобретения - повышение точности детектирования в широком температур5 ном диапазоне за счет стабилизации работы устройства при изменении температуры. Она достигается тем, что в устройстве, содержащем последовательно соединенные усилитель-ограничитель, первый одновиб0 ратор, инвертор, второй одновибратор, сумматор, ФНЧ выход первого одновибратора соединен также со вторым входом сумматора. Последовательное соединение одновиб- раторов, имеющих в температурном

5 диапазоне противоположные изменения длительности вырабатываемых импульсов, позволяет застабилизировать суммарную длительность, что исключает ошибку, свойственную прототипу.

0 Блок-схема предлагаемого импульсно- частотного детектора приведена на фиг. 2. Импульсно-частотный детектор содержит последовательно соединенные усилитель-ограничитель 1, первый одновибратор

5 2, инвертор 3, второй одновибратор 4, сумматор 5 и ФНЧ 6, причем выход первого одновибратора одновременно соединен с вторым входом сумматора.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. На вход первого одновибратора 2 поступают прямоугольные импульсы ограниченного входного сигнала (фиг, За). Одновибратор 2 под действием заднего фронта вырабатывает импульс заданной длительности ti (см. фиг. Зв). Длительность импульсов определяется постоянной времени времязадающей RC-цепи первого од- новибратора, а также значением порога переключения формирующей схемы в нормальных условиях (НУ) (см. фиг. 36), Второй одновибратор 4 вырабатывает под действием задних фронтов сигнала первого одно- вибратора свою последовательность импульсов U4 (фиг. Зд). Длительность этих импульсов t2 также зависит от постоянной RC-цепи данного одновибратора и момента пересечения кривой разряда (1) порога в НУ (см.фиг.Зг). Обе последовательности импульсов складываются в сумматоре 5 (см, фиг. Зе) и подаются на ФНЧ 6, который производит усреднение сигнала.

Важно, что в первом одновибраторе используется заряд емкости RC-цепи (см. фиг. 36), а во втором разряд (фиг. Зг) емкости соответствующей RC-цепи. Это позволяет получить противоположные изменения длительности выходных импульсов в температурном диапазоне.

При изменении температуры порог переключения импульсных схем, в силу ука- занных выше причин, также меняется, что приводит к изменению момента пересечения порога кривой заряда (разряда) (фиг. 36, Зг).

Действительно, при пониженной тем- пературе порог возрастает и длительность импульса, вырабатываемого первым одно- вибратором возрастает от ti до (см, фиг, 36 и Зж), при этом сдвигается вправо момент запуска второго одновибратора (фиг. Зг). Одновременно с учетом изменения порога переключения уменьшается длительность вырабатываемого вторым одновибратором импульса до значения ta (фиг. Зж). При повышенной температуре из- менения длительностей импульсов противоположны рассмотренному выше. При

Формула изобретения Импульсно-счетный частотный детектор, содержащий первый и второй одновиб- раторы, инвертор, выход которого соединен с входом второго одновибратора, сумматор, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго одновибрато- ров соответственно, выход сумматора соеэтом они остаются также противоположными по знаку между собой (см. фиг. Зз). Сравнивая суммарную длительность импульсов на фиг. Зе с фиг. Зж и Зз, отметим, что она неизменна, т.е. поставленная цель достигнута, т.к. ошибка детектирования при изменении температуры отсутствует. Более строгое аналитическое доказательство показывает, что относительная ошибка для предлагаемого устройства при изменении температуры от 20 до -60°С составляет 0,7 %, что в 4-5 раз меньше, чем у прототипа, для тех же температур.

Конкретная реализация изобретения может быть выполнена с помощью логических элементов следующим образом (см, фиг, 4). Рассмотрим работу одновибратора.

При переходе входного напряжения из высокого уровня в низкий на входах элемента ИЛИ-НЕ (Д2) одновибратора 2 - низкий уровень, а на выходе - высокий уровень. Конденсатор С1 начинает заряжаться через резистор R1 и по достижении на нем напряжения порога переключения логического элемента на выходе одновибратора устанавливается низкий уровень. Таким образом формируется импульс, длительность которого определяется постоянной времени цепи R1C1 и уровнем порога элемента Д2.

Одновибратор 4 работает следующим образом. При переходе входного напряжения с низкого уровня на высокий на обоих входах элемента И (Д5) - и выходе одновибратора - высокий уровень. На выходе инвертора Д4 устанавливается низкий уровень, и емкость С2 разряжается через резистор R2, т.к. диод при этом смещен в обратном направлении. При уменьшении напряжения на конденсаторе до порога переключения элемента (Д5) на его выходе устанавливается низкий уровень Длительность выработанного импульса также зависит от цепи R2C2 и порога переключения.

В остальном устройство работает согласно диаграмме (фиг. 3),

динен с входом фильтра нижних частот, выход которого является выходом импульсно- счетного частотного детектора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности детектирования в широком температурном диапазоне, выход первого одновибратора соединен с входом инвертора.

фиг, 3