Частотный дискриминатор

11% (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИКА заэ Н 03 Э 3/28 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) 1. Патент США В 3857 108,кл. 331-14, 19742. Авторское свидетельство СССРВ 521527, кл. С 01 К 2300, 08.01,75(54) (57) ЧАСТОТНЫЙ ДИСКРИМИНАТОР,содержащий соединенные последовательно первый коммутатор входныхсигналов, управляющие входы которогоподключены к парафазным выходам генератора тактовых импульсов, формирователь импульсов постоянной длительности и фильтр нижних частот, атакже первый ампгжтудно-фазовый детектор, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью увеличения крутизны и стабильности дискриминационной .характеристики, между выходом фильтра нижних частот и входом первогоамплитудно-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 управлящцим 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 выходбм генератора тактовых импульсов и объединенными межцу 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.Изобретение относится к радиотех-нике и предназначено для демодуляцииЧМ-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 Овых импульсов, выход которого черезпоследовательно соединенные формирователь импульсов и резистор подключен к входу выходного ключевого коммутатора, управляемого генератором 15тактовых импульсов, причем каждый извыходов выходного ключевого коммутатора соединен с входом преобразователя длительности в напряжение,выходы которых подключены к входам 20выходного дифференциального усилителя постоянного тока. В этом дискриминаторе задача повышения стабильностинулевой точки амплитудно-частотнойхарактеристики (АЧХ) решена за счет 25компенсации ошибок, возникающих приобработке сигнала и опорной частотыразными формирователями импульсов 1.Недостатком известного дискримина-ЗОтора является недостаточно высокаястабильность опорной точки АЧХ,вызванная различиями в величинахкоэффициентов передачи канальных преобразователей.35Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсячастотный дискриминатор, содержащийсоединенные последовательно первыйкоммутатор входных сигналов, управляющие входы которого подключены кпарафазным выходам генератора тактовых импульсов, формирователь импульсов постоянной длительности и фильтрнижних частот, а также первый 45амплитудно-Фазовый детектор, опорныйвход которого соединен с одним извыходов генератора тактовых импульсов 23.Данный частотный дискриминаторобладает недостаточной величиной крутизны и стабильности дискриминационной характеристики.Цель изобретения - увеличениекрутизны и стабильности дискриминационной характеристики,Поставленная цель достигаетсятем, 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 интегратор на операционном усилителе, неинвертирующий вход которого подсоединен к источнику опорного напряжения, а между вторым выходом второго коммутатора и вторым входом второго сумматора включены последовательно соединенные второй амплитудный детектор и второй блок выборки- хранения, 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 постояннойдлительности, фильтр 4 нижних частот,первый амплитудно-джазовый детектор 5,первый блок 6 устранения постояннойсоставляющей, первый сумматор 7,усилитель 8 с регулировкой усиления,второй амплитудно-фазовый детектор9, второй блок 10 устранения постоянной составляющей, второй коммутатор11, первый амплитудный детектор 12,первый блок 3 выборки-хранения,второй сумматор 14, инвертирующийинтегратор 15 на операционном усилителе 16, источник 17 опорного напряжения, второй амплитудный детектор18, второй блок 19 выборки-хранения, 5делитель 20 частоты, третий коммутатор 21,Частотный дискриминатор работаетследующим образом.Первый коммутатор 1 поочередноподключает (фиг.2 а, За) вход формирователя 3 импульсов постояннойдлительности то к источнику входногосигнала, то к источнику сигналаэталонной частоты. Так как первый, 25коммутатор 1 на каждые полпериодатактовой частоты подключает к входуФормирователя 3 импульсов постояннойдлительности либо источник сигналавходной частоты Еслибо источник З 0сигнала эталонной частоты Г.тттона входе Формирователя 3 присутствуют пачки меандров, частоты которыхв общем случае, т,е. при Гс т этразличны от пачки к пачке (фиг,2,38). Формирователь 3 импульсов постоянной длительности. формирует из поступающих на его вход меандровимпульсы фиксированной длительности(Фиг.2 Ь ЗЬ), в результате чего ,0скважность импульсных последовательностей изменяется при изменении частоты входного сигнала Гс внутри пачки Тк /2 и остается постоянной внутрипачки Тк/2 сигнала эталонной частоты Гэт 10 20 На выходе фильтра 4 нижних частот образуется постоянное напряжение, пропорциональное постоянной состав ляющей, содержащейся в пачках на интервалах Тт/2 (фиг.2 Зх). Огибающая выходного напряжения с выхода фильтра 4 нижних частот изменяется .вависимости от того, что больше: 55сэт "ли эт ) с При с = эт огибающая будет представлять собой чисто постоянное напряжение, а переменная составляющая напряжения ошибки будет равна нулю.Напр яжени е ошиб ки, т . е . пер еменная составляющая сигнала Тк пропорциональная отклонению 1 с от Готделяется от постоянной составляющей с помощью блока 6 устранения постоянной составляющей (фиг.2, 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 сум- матора 7 "пачки" импульсов тактовой частоты, имеющих вид фазоманипулированных пачек, т.е. с заполнением "пачек" изменяющихся на 180 от одного полупериода Тк/2 п до другого полупериода Тк/2 п (фиг.4 и фиг,5 Ь), 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 тактовыхимпульсов (фиг. 4 а и фиг . 5 о),Импульсы с выхода блока 6 устранения постоянной составляющей суммируются когерентно с импульсами тойже 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 Гс и Гэттак и от их фазы (фиг.4 г, 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.4 Ь 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.4656)так и от фазы опорных импульсов внутри "пачек" импульсов Тк/2 п (фиг.4 д 5 Д), Второй блок 10 устранения постоянной составляющей осуществляет1116525выделение переменной составляющей иэсигнала (фиг.4 е и 5 е), величина которого пропорцинальна разности частот, а Фаза по отношению к сигналу с выхода делителя 20 частоты зави сит от выполнения неравенства ГС т Епили ГсГп (фиг.4 е и 5 е), что виднр из сравнения фиг.4 а-с фиг. 4 е и Фиг, 5 о-с фиг.5 е. Напряжение на выходе второго амплитудно-Фазового детектора 10 будет пропорционально как разности частот Гс и Г так и знаку их разности (фиг.4 ж и 5 м)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 Ы , которая в случае использования, кварцевого генератора может быть очень высокой. Сигнал с выхода полосового усилителя 8 подается через второй коммутатор 11 поочередно д 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 полоового усилителя 8 и не зависящее от уровня сигнала с выхода первого блока 6 устранения постоянной составляющей (фиг.44 и 5 А). Это объясняется тем, что сумма данных напряжений в течение периода Тк/и не изменяет ся, а изменяется лишь их разность при изменении Ес относительно Г,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 замкну 50 той системы автоматического регулирования, и поступает на управляющий вход полосового усилителя 8.Изменяя величину опорного напряжения, регулируют величину усиления55 полосового усилителя 8 и, следовательно, крутизну дискриминационной характеристики частотного дискриминатора. Вместоамплитудных 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 Гз . 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 Т/2, тем вьппе точность детектирования, однако быстродействие при этом снижается. Увеличение количества импульсов свьппе 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 с.Таким образом, в частотном дискриминаторе действует система автомати; ческой регулировки усиления, не влияющая на амплитудные изменения сигнала, характеризующего отклонение частоты от эталонной Гз 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 1 Х при воздействии температуры от -50одо +120 С, а также в повышении точности измерения отклонения частоты.1116527 Фиг Ф Составител Техред Л.М актор А вин Подпимитета СССРкрытийнаб., д. 4/5 атент ал ППП Ужгород, ул. Проектная,944/43 ТирВНИИПИ Государствпо делам иэобре 13035, Москва, Ж,нного коений и отаушская ветков Корректор М.Максимишин