Частотный дискриминатор

Частотный дискриминатор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ЧАСТОТНЫЙ ДИСКРИМИНАТОР, содержащий соединенные последовательно первый коммутатор входных сигналов, управляющие входы которого подключены к парафазным выходам генератора тактовых импульсов, формирователь импульсов постоянной длительности и фильтр нижних частот, а также первый амплитудно-фазовый детектор , отличающийся тем, что, с целью увеличения крзтизны и стабильности дискриминационной характеристики, между выходом фильтра нижних частот и входом первого амплитудно-фазового детектора введены последовательно соединенные первый блок устранения постоянной составляющей , первый сумматор, полосовой усилитель с регулировкой усиления , второй амплитудно-фазовый детектор и второй блок устранения постоянной составляющей, при этом между выходом и управляющим входом попосо-; вого усилителя с регулировкой усиления введены последовательно соединенные второй коммутатор, первьй амплитудньй детектор, первьй блок выборки-хранения, второй сумматор и инвертирующий интегратор на операционном усилителе, неинвертирующий вход которого подсоединен к источнику опорного напряжения, а между вторым вькодом второго коммутатора.и вторым входом второго сумматора включены последовательно соединенные второй амцлитудный детектор и i второй блок выборки-хранения, причем между выходом генератора такто (/) вых импульсов и объединенными между собой управляюпщми входами второго коммута тора, второго блока выборкихранения и опорным входом первого амппитудно-фазового детектора включен делитель частоты, инверсный выход которого соединен с управляющим входом первого блока выборкихранения , а между парафазными выходами генератора тактовых импульсов и объединенными между собой вторым входом первого сумматора и опорным входом второго амплитудно-фазового Детектора вклмчен третий коммутатор уЛравляющий вход которого соединен с, прямьм выходом делителя частоты.

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИКА

gag Н 03 D 3/28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3503075/18-09 (22) 18. 10. 82 (46) 30.09.84. Бюл. М - 36 (72),А.В.Осипович, В.А.Леппик, В.В.Шуршин и Ш.С.Мефтахутдинов (53) 621. 376. 332 (088. 8) (56) 1. Патент США Ф 3857108, кл. 331-14, 1974 °

2. Авторское свидетельство СССР

В 521527, кл. С 01 R 23/00, 08.01.75 (прототип) . (54) (57) ЧАСТОТНЫЙ ДИСКРИМИНАТОР, содержащий соединенные последовательно первый коммутатор входных сигналов, управляющие входы которого подключены к парафазным выходам генератора тактовых им, формирователь импульсов постоянной длительности и фильтр нижних частот, а также первый ампгжтудно-фазовый детектор, отличающийся тем, что, с целью увеличения крутизны и стабильности дискриминационнойхарактеристяки, между выходом фильтра нижних частот и входом первого амплитудно-фазового детектора введены последовательно соединенные первый блок устранения постоянной составляющей, первый сумматор, полосовой усилитель с регулировкой усиления, второй амплитудно-фазовый детектор и второй блок устранения постоянной составляющей, при этом между выходом и управляк цим входом полосо" ного усилителя с регулировкой усиления введены последовательно соединенные второй коммутатор, первый амплитудный детектор, первый блок выборки-хранения, второй сумматор и инвертирукнций интегратор на операционном усилителе, неинвертирующий вход которого подсоединен к источнику опорного напряжения, а между вто" рым выходом второго коммутатора.и вторым входом второго сумматора включены последовательно соединенные второй амплитудный детектор и второй блок выборки-хранения, приг чем между выходом генератора тактовых импульсов и объединенными межцу собой управляющими входами второго коммутатора, второго блока выборкихранения и опорным входом первого амплитудно-фазового детектора включен делитель частоты, инверсный выход которого соединен с управляющим входом первого блока выборкихранения, а между парафазными выходами генератора тактовых импульсов и объединенными между собой вторым входом первого сумматора и опорным входом второго амплитудно-фазового детектора включен третий коммутатор, управляющий вход которого соединен с, прямым выходом делителя частоты.

1116S27

Изобретение относится к радиотех- нике и предназначено для демодуляции

ЧИ-сигналов, а также для использования в точных измерителях частоты, работающих в широком диапазоне воздействующих дестабилизирующих факторов.

Известен частотный дискриминатор, содержащий входной ключевой коммутатор, управляемый генератором такто- 1О вых импульсов, выход которого через последовательно соединенные формирователь импульсов и резистор подключен к входу выходного ключевого коммутатора, управляемого генератором 15 тактовых импульсов, причем каждый из выходов выходного ключевого коммутатора соединен с входом преобразователя длительности в напряжение, выходы которых подключены к входам 20 выходного дифференциального усилителя постоянного тока. В этом дискриминаторе задача повышения стабильности нулевой точки амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) решена за счет 25 компенсации ошибок, возникающих при обработке си гнал а и опорной частоты разными формирователями импульсов (1).

Недостатком известного дискримина-ур тора является недостаточно высокая стабильность опорной точки АЧХ, вызванная различиями в величинах коэффициентов передачи канальных преобразователей.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является частотный дискриминатор, содержащий соединенные последовательно первый коммутатор входных сигналов, управ- 4О ляющие входы которого подключены к парафазным выходам генератора тактовых импульсов, формирователь импульсов постоянной длительности и фильтр нижних частот, а также первый 45 амплитудно-фазовый детектор, опорный вход которого соединен с одним из выходов генератора тактовых импульсов (21.

Данный частотный дискриминатор обладает недостаточной величиной крутизны и стабильности дискриминационной характеристики.

Цель изобретения - увеличение крутизны и стабильности дискриминационной характеристики.

Поставленная цель достигается тем, что в частотный дискриминатор, содержащий соединенные последовательно первый коммутатор входных сигналов, управляющие входы которого подключены к парафазным выходам генератора тактовых импульсов, формирователь импульсов постоянной длительности и фильтр нижних частот, а также первый амплитудно-фазовый детектор, между выходом фильтра нижних частот и входом первого амплитудно-фазового детектора введены после— довательно соединенные первый блок устранения постоянной составляющей, первый сумматор, полосовой усилитель с регулировкой усиления, второй амплитудно-фазовый детектор и второй блок устранения постоянной составляющей, при этом между выходом и управляющим входом полосового усилителя с регулировкой усиления введены последовательно соединенные второй коммутатор, первый амплитудный детектор, первый блок выборки-хранения, второй сумматор и инвертирующий интеrpатор на операционном усилителе, неинвертирующий вход которого подсоединен к источнику опорного напряжения, а между вторым выходом второго коммутатора и вторым входом второго сумматора включены последо.вательно соединенные второй амплитудный детектор и второй блок выборкихранения, причем между выходом генератора тактовых импульсов и объединенными между собой управляющими входами второго коммутатора, второго блока выборки-хранения и опорным входом первого амплитудно-фазового детектора включен делитель частоты, инверсный выход которого соединен с управляющим входом первого блока выборки-хранения, а между парафазными выходами генератора тактовых импульсов и объединенными между собой вторым входом первого сумматора и опорным входом второго амплитудно-фазового детектора включен третий коммутатор, управляющий вход которого соединен с прямым выходом делителя частоты.

На фиг. 1 представлена структур-. ная электрическая схема предлагаемого частотного дискриминатора, на фиг. 2-5 — временные диаграммы его работы.

Частотный дискриминатор содержит первый коммутатор 1 входных сигналов, генератор 2 тактовых импульсов, формирователь 3 импульсов постоянной

1116527

20

На выходе фильтра 4 нижних частот образуется постоянное напряжение, пропорциональное постоянной состав- 50 ляющей, содержащейся в пачках на интервалах Тт/2 (фиг.2, Зz). Огибающая выходного напряжения с выхода фильтра 4 нижних частот изменяется .в :ависимости от того, что больше: 55

fc „или Еэт с При fc = эт огибающая будет представлять собой чисто постоянное напряжение, а передлительности, фильтр 4 нижних частот, первый амплитудно- фазовый детектор 5, первый блок 6 устранения постоянной составляющей, первый сумматор 7, усилитель 8 с регулировкой усиления, второй амплитудно-фазовый детектор

9, второй блок 10 устранения постоянной составляющей, второй коммутатор

11, первый амплитудный детектор 12, первый блок 13 выборки-хранения, второй сумматор 14, инвертирующий интегратор 15 на операционном усилителе 16, источник 17 опорного напряжения, второй амплитудный детектор

18, второй блок 19 выборки-хранения, 15 делитель 20 частоты, третий коммутатор 21.

Час т от ный дис кр имин ат ор р аб от а ет следующим образом.

Первый коммутатор 1 поочередно подключает (фиг. 2а, За) вход формирователя 3 импульсов постоянной длительности то к источнику входного сигнала, то к источнику сигнала эталонной частоты. Так как первый 25 коммутатор 1 на каждые полпериода тактовой частоты подключает к входу формирователя 3 импульсов постоянной длительности либо источник сигнала входной частоты fc либо источник 50 сигнала эталонной частоты Етт, то на входе формирователя 3 присутствуют пачки меандров, частоты которых в общем случае, т.е. при fc т fgy различны от пачки к пачке (фиг.20, Зб). Формирователь 3 импульсов постоянной длительности. формирует из поступающих на его вход меандров импульсы фиксированной длительности (фиг.2Ь, ЗЬ), в результате чего 40 скважность импульсных последовательностей изменяется при изменении частоты входного сигнала fc внутри пачки Тк/2 и остается постоянной внутри пачки Тк/2 сигнала эталонной часто- 45 ты Йэт" менная составляющая напряжения ошибки будет равна нулю.

Напряжение ошибки, т. е. переменная составляющая сигнала Тк, пропорциональная отклонению f c от f. „„, отделяется от постоянной составляющей с помощью блока 6 устранения постоянной составляющей (фиг. 2 g, 3) ) и, суммируясь когерентно с напряжением частоты 1/Тк, поступающей с выхода генератора 2 тактовых импульсов через третий коммутатор 21, поступает на вход полосового усилителя 8, где усиливается и поступает на вход второго амплитудно-фазового детектора 9. При этом третий коммутатор 21 подает на вход первого сумматора 7 "пачки" импульсов тактовой частоты, имеющих вид фазоманипулиII tl рованных пачек, т. е. с заполнением "пачек" изменяющихся на 180 от одного полупериода Тк /2п до другого полупериода Тк/2п (фиг.4h и фиг.5b) .

Эти пачки импульсов коммутации когерентны с импульсами - генератора

2 тактовых импульсов, так как делитель 20 частоты формирует на своем выходе импульсы, образованные из поделенных в целое число раз импульсов с выхода генератора 2 тактовых импульсов (фиг. 4 а и фиг . 5о) .

Импульсы с выхода блока 6 устранения постоянной составляющей суммируются когерентно с импульсами той же длительности, но постоянной амплитуды с выхода третьего коммутатора 21. При этом суммирование будет зависеть как от амплитуды импульсов с выхода блока 6 устранения постоянной составляющей, которая пропорциональна разности частот fc и f,, так и от их фазы (фиг.42., 52) . Просуммированный сигнал после усиления полосовым усилителем поступает на один вход второго амплитудно-фазового детектора 5, на другой вход которого поступает опорное напряжение, такое же, как на вход первого сумматора 7 (фиг.46 и 56) .

Напряжение на выходе второго амплитудно-фазового детектора 9 будет зависеть как от амплитуды и фазы сигнала с выхода блока 6 устранения постоянной составляющей (фиг.45, 56), так и от фазы опорных импульсов внутри "пачек" импульсов Тк/2п (фиг.4А, 5Д) . Второй блок 10 устранения постоянной составляющей осуществляет

111652

5 выделение переменной составляющей иэ сигнала (фиг.4е и 5e), величина которого пропорцинальна разности частот, а фаза по отношению к сигналу с выхода делителя 20 частоты зави- 5 сит от выполнения неравенства йС > f»,или fq а fq (Фиг.4е и 5е), что виднр из сравнения фиг.4е-с фиг. 4е и фиг. 50-с фиг.5е. Напряжение на выходе второго амплитудно-фазо-0 вого детектора 10 будет "пропорционально как разности частот Ес и f q так и знаку их разности (фиг.4ж и 5м)

Крутизна дискриминационной харак- . теристики зависит от коэффициента 15 усиления полосового усилителя 8 и может регулироваться изменением его коэффициента усиления, а,стабильность опорной точки дискриминационной характеристики зависит от стабильности 20

1Е, которая в случае использования, кварцевого генератора может быть очень высокой. Сигнал с выхода полосового усилителя 8 подается через второй коммутатор 11 поочередно на входы амплитудных детекторов 19 и 18, напряжения с выходов которых поочередно запоминаются блоками 13 и 19 выборки-хранения и подаются на второй сумматор 14 ° При этом на вы- ходе сумматора 14 всегда будет напряжение, пропорциональное величине напряжения генератора 2 тактовых импульсов и коэффициенту усиления полоf ового усилителя 8 и не зависящее от уровня сигнала с выхода первого блока 6 устранения постоянной составляющей (фиг.4р, и 5А) . Это объясняется тем, что сумма данных напряжений в течение периода Тк/п не изменяет- 40 ся, а изменяется лишь их разность при изменении fg относительно f

Сигнал с выхода второго сумматора 14 сравнивается с напряжением источника 17 опорного напряжения, усиливается и одновременно интегрируется, благодаря включению конденсатора в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя 16, для обеспечения устойчивости замкну50 той системы автоматического регулирования, и поступает на управляющий вход полосового усилителя 8.

Изменяя величину опорного напряжения, регулируют величину усиления

55 полосового усилителя 8 и, следовательно, крутизну дискриминационной характеристики частотного дискриминатора. Вместо амплитудных детекторов 12 и 18 могут быть применены синхронные фазовые детекторы. Значение тактовой частоты генератора

2 тактовых импульсов выбираются исходя из ожидаемой частоты входного сигнала и скорости ее изменения.

За время, равное одному периоду Т генератора 2, к входу частотного дискриминатора подключаетея источник входного сигнала Ес и источник эталонного сигнала f>z . При этом длительность Т< должна быть выбрана такой, чтобы количество периодов входного измеряемого или эталонного сигналов было не менее 7-10 периодов за время Т /2. Чем больше периодов входного сигнала укладывается за время Тп/2, тем вьппе точность детектирования, однако быстродействие при этом снижается. Увеличение количества импульсов свыше 10-15 практически не сказывается на повьппении точности детектирования. Величина коэффициента для делителя 20 выбирается исходя из скорости изменения частоты входного сигнала, быстродействия амплитудных детекторов и скорости изменения коэффициента передачи усилителя 8, которая, как правило, имеет очень низкое значение.

Поэтому основным Фактором является скорость изменения частоты входного сигнала и приемлемым значением является величина коэффициента деления

5 10 °

Таким образом, в частотном дискриминаторе действует система автомати; ческой регулировки усиления, не влияющая на амплитудные изменения сигнала, характеризующего отклонение частоты от эталонной fз

Технико-экономические преимущества предлагаемого частотного дискриминатора по сравнению с известным заключается в увеличении чувствительности в 100-1000 раз, увеличении крутизны дискриминационной характеристики на 30-40 дБ при сохранении ее стабильности с погрешностью 1Ж при воздействии температуры от -50 о до +120 С, а также в повышении точности измерения отклонения частоты.

11 t6527

Фиг.2

1116527

Составитель В.Цветков

Техред Л,Микеш Корректор И.Иаксимишинец

Редактор А.Ревин филиал IIIHI "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 6944/43 Тираж 861 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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