NO123534B - - Google Patents

Description

Frekvensdiskriminator for pulsformede signaler.

Foreliggende oppfinnelse angår generelt en frekvensdiskriminator eller detektor for pulsformede signaler og spesielt en diskriminator med en steil utgangsfrekvenskarakteristikk innen sitt operasjonsområde.

Fra tidligere eksisterer det frekvensdiskriminatorer som bearbei-der pulsformede signaler uten anvendelse av tank-kretser. Disse diskriminatorer anvender det pulstellende prinsipp og har en utgangsspenning sfoom r der isdse irdekitske rpimroipnoartosrjoenr ael r meen d hdeen llpenådte rykrete tt frleiknvjee nsso. m Kapraasksetererr isgtijeknke-n

nom zero (frekvens = 0). For disse diskriminatorer er imidlertid for-andringen i utgangsspenning for en bestemt forandring i frekvens rela-tivt liten. Som en følge av dette, er virkningsgraden tir en slik diskriminator liten for signaler méd ét lavt forhold.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å frembringe en diskriminator som har en steil diskriminatorkarakteristikk i forhold til sentralfrekvensen, og som samtidig ikke krever noen tankkrets og som dessuten kan produseres ved integrert kretsteknikk.

Dette oppnås ved å utforme frekvensdiskriminatoren i overens-stemmelse med de nedenfor fremsatte krav.

Oppfinnelsen angår en frekvensdiskriminator med steil karakteristikk for pulsformede signaler med en frekvens mellom f min. og f max.

"Lagringsforsinkelsestiden" kan defineres som den tid en ut-koblende pulsflanke trenger for å passere gjennom det halvledende element. Dersom det halvledende element er en transistor, kan spesielt bemerkes at lagringsforsinkelsestiden er den tid som går fra en fallflanke i en styrepuls påtrykkes transistorens basiselektrode til spenningen begynner å stige ved kollektoren. Det følgende tidsrom i løpet av hvilket spenningen stiger til sitt maksimum på kollektoren, betegnes som falltiden fordi kollektorstrømmen avtar i det samme tidsrom.

Ovennevnte trekk og også ytterligere trekk ved foreliggende oppfinnelse vil fremgå av følgende beskrivelse og de ledsagende tegninger hvor,

Fig. 1 viser en skjematisk fremstilling av koblingsdiagrammet til en frekvensdiskriminator i henhold til oppfinnelsen, Fig. 2a viser en idealisert kurveform for det antatte inngangssignal, Fig. 2b viser en idealisert kurveform for spenningen som ligger over diode 3 i fig. 1 når inngangssignalet er som vist i fig. 2a, Fig. 2c er en fremstilling av diskriminatorens karakteristikk når koblingsskjemaet er som vist i fig". 1, Fig<*>. 3 er en skjematisk fremstilling av koblingsdiagrammet til en transistorisert frekvensdiskriminator i henhold til oppfinnelsen, Fig. 4a er.en idealisert kurveform til et inngangssignal til kretsen i fig. 3, Fig. 4b viser en idealisert kurveform for spenningen på kollektoren til transistor 8 i fig. 3, Fig. 5a - 5c viser kurveformen og spenningen på kollektoren til transistor 8 når diskriminatoren tilføres signaler med forskjellig frekvens. Fig. 6 viser karakteristikken for diskriminatoren som er skjematisk fremstilt i fig. 3. Fig. 1 viser et eksempel på et koblingsarrangement i henhold til

oppfinnelsen. I dette eksempel representerer 1 en signalkilde som gene-rerer et pulstog som illustrert i fig. 2a. Denne signalkilden er koblet i serie med en motstand 2 og er videre koblet til diode 3 som er forspent ved hjelp av motstand 4 forbundet med en negativ spennings-kilde. Når den ledende flanke til en puls kommer til diode 3, blir dioden ledende. Når den avsluttende flanke til inngangssignalet påtrykkes, faller.påtrykt spenning til omtrent null og strømmen som da flyter i diode 3, skyldes lagringstidseffekten. Lagringstidseffekten og den negative spenning som påtrykkes motstand 4, forårsaker at spenningen som påtrykkes dioden faller i negativ retning først etter at lagringstiden T er gjennomløpt. Dette spenningsfall inntrer imidlertid ikke plutselig, men gradvis (falltid). Amplituden til dette negative spenningsfall blir begrenset av stigeflanken til neste påfølgende inngangspuls og amplituden avhenger direkte av tidsdifferansen mellom den avsluttende flanke og den ledende flanke til pulsene i det til-førte pulstog minus diodens lagringstid. Når tiden TQ mellom pulsene er mindre enn lagringstiden, vil ingen negative pulser fremkomme over dioden og denne effekten bestemmer den maksimale frekvens som diskriminatoren vil funksjonere ved. Når frekvensen avtar fra f maksimum, øker pulsintervallet og amplituden til pulsene som fremkommer over dioden øker. Denne effekten fortsetter inntil maksimal oppnåelig amplitude, som er bestemt av forspenningen som føres til motstand 4, er nådd. En ytterligere frekvensminskning påvirker ikke amplituden av pulsene over dioden og dette bestemmer den minimale frekvens, f minimum, som diskriminatoren vil kunne behandle. Utgangspulsene som opptrer over diode 3 som vist i fig. 2b, blir likerettet av diode 5 og filtrert av motstand 6 og kondensator 7 slik at det frembringes en likespent utgang som øker omtrent lineært med frekvensen mellom f minimum og f maksimum - eller med andre ord innen diskriminatorens arbeidsområde.

Fig. 2c, viser karakteristikken for en diskriminator med ovennevnte kobling. I denne figuren representerer UD diskriminatorens utgangsspenning og f er frekvensen. Arbeidsområdet til diskriminatoren ligger mellom frekvensene f minimum og f maksimum. Utenfor dette arbeidsområdet er verdien av UD enten null eller lik UD maksimum.

Et ytterligere eksempel på en diskriminator i henhold til oppfinnelsen er vist i fig. 3 hvor det er benyttet transistorer isteden for dioder. Dette koblingsarrangement gir en diskriminator som er mer effektiv og som dessuten har en lav utgangsimpedans. I dette eksempel leverer spenningskilden 1 en lmpulsspenning som skifter i verdi mellom null og en negativ verdi. 2 representerer en motstand, 8 er transi-storen hvis lagringstid T benyttes i henhold til oppfinnelsen, og 9 er kollektormotstanden til denne transistor. Når den ledende flanke til en puls påføres basen i transistor 8, finner det øyeblikkelig sted en strømgjennomgang og et spenningsfall ved kollektoren til nevnte transistor. Den avsluttende flanke til inngangspulsen fører imidlertid ikke til at kollektorspenningen øker øyeblikkelig til en ny verdi. Istedet vil spenningen fortsatt ligge på omtrent null i løpet av lagringstiden T. Bare etter at lagringstiden er utløpt, vil denne spenningen i løpet av den såkalte falltid, øke slik at den inn-tar positive verdier. Dersom tiden TQ mellom de på hverandre følgende pulser er kortere enn lagringstiden T, vil kollektorspenningen for transistor 8 innta en verdi på nær 0 volt. Dersom imidlertid tiden TQ er noe lenger enn lagringstiden T, vil det fremkomme pulser ved kollektoren på transistor 8, hvilke pulser har en amplitude som er pro-porsjonal med tidsdifferansen mellom TQ og T. Denne virkemåte gjelder opp til en maksimalverdi av TQ som forekommer ved frekvensen f minimum. Teoretisk er et signal slik som vist i fig. 4b fremkommet ved kollektoren til transistor 8. Men i virkeligheten er formen til signalet noe annerledes slik som påpekt i det følgende.

Ser vi atter på fig. 3, føres pulsene som opptrer på kollektoren til transistor 8 via en diode 12 til en transistorisert detektor som består av transistor 11, motstand 13 og kondensator 14. Likespennings-utgangen fra denne detektoren tas fra emitteren til transistor 11 og er. av størrelsesorden omtrent lik toppverdien av pulsene som tilføres basen på transistor 11. Dioden 12 kreves bare dersom batterispenningen Un er større enn den tillatte blokkeringsspenning mellom basen og emitteren til transistor 11. Denne kretsen avstemmer seg selv ved hjelp av en tilbakekoblingskrets, til en verdi svært nær inngangs-signalets sentralfrekvens. Denne selvavstemmende virkning oppnås ved hjelp av motstandene 2, 10, 15 og kondensator 16.

I det følgende beskrives tilbakekoblingsvirkningen til denne kretsen. Når forspenningen over kondensator 16 avtar, vil lagringstiden for transistor 8 avta. og amplituden til pulsene som opptrer over kollektoren til transistor 8 vil øke. Denne økningen forårsaker at utgangsnivået fra detektoren øker og i sin tur forårsaker at spenningen over kondensator 16 også øker. Et ytterligere trekk ved denne kretsen er at den på grunn av ovennevnte tilbakekobling er ufølsom overfor temperaturvariasjoner.

Figurene 5a - 5c .illustrerer aktuelle pulser ved'kollektoren til transistor 8. Flanken 20 tilsvarer flanken 17 i fig. 4b, nemlig for-sinkelsespulsens fallflanke. 21 representerer pulsens stigeflanke.

Fig. 5a viser pulsene ved kollektoren til transistor 8 for frekvensen f^. Denne frekvensen er noe høyere enn minimalfrekvensen f minimum (se fig. 6). En likespenning frembringes ved å likerette pulsene som er vist i fig. 5a. Ved den høyere frekvensen f2, er intervallet mellom den forsinkede fallflanken 20 og den følgende stigeflanke 21, mindre, slik at, som vist i fig. 5b, det oppstår en spenning U2 ved frekvensen f2« Fig. 5c viser pulskurven ved frekvens f3, det vil si når likespenningen er frembragt. Som man kan se av figurene 5a, b,

c og fig. 6 er formen på diskriminatorens flanke 19, som er en funksjon av frekvensen, identisk med fallflanken 20, som i sin tur er en funksjon av tiden. Ifølge oppfinnelsen er lagringstiden T som er avhengig av amplituden til inngangssignalet 1, av motstandsverdiene til motstandene 2 og 10, av størrelsen på spenningen til kondensator 16, og av egenskapene til den halvledende komponent transistor 8, valgt slik at tiden Tq mellom to på hverandre følgende pulser ved den forutbestemte frekvens f maksimum er lik lagringstiden T.

I dette tilfelle faller begynnelsen av fall-flanken 20 og begynnelsen av stigeflanken 21 sammen slik at utgangsspenningen fra diskriminatoren er null. Steilheten til flanken 20 er i henhold til oppfinnelsen så stor at den fulle amplitude til forsinkelsespulsen oppnås ved frekvensen f minimum. Ved frekvensen f minimum vil stigeflanken bare ta tii dersom den blokkerende eller ikke ledende fallflanke 20 har nådd sin maksimalverdi.

Steilheten til fallflanken 20 kan varieres. En reduksjon av kurvens helling kan oppnås ved å øke kapasiteten mellom kollektoren til transistor 8 og jord. En ytterligere reduksjon av hellingen kan oppnås ved å redusere kollektormotstand 9. Dersom det kreves en eks-tremt steil flanke, kan det også benyttes et forsterkertrinn mellom kollektoren til transistor 8 og likeretteren 11. Forsterkertrinnet øker i så fall bare steilheten til deri ikke ledende forsinkede fallflanke.

Claims (4)

1. Frekvensdiskriminator for pulsformede signaler og med stor flanke-steilhet for diskriminatorens karakteristikk i dens arbeidsområde mellom f min. og f maks., hvilken diskriminator omfatter et halvledende element som fortløpende omkobles fra sin ledende til sin ikke-0 ledende tilstand av det pulsformede signal, karakterisert

ved at det halvledende element har en lagringsforsinkelsestid T som er omtrent like stor som tidsrommet mellom to på hverandre følgende pulser ved frekvensen f maks. hvorved det for frekvenser som ligger mellom f min. og f maks. fra det halvledende element frembringes forsinkede utgangspulser hvis amplitude avhenger av frekvensen til det pulsformede inngangssignal og at utgangspulsene like-rettes og den fremkomne likerettede spenning benyttes som diskriminatorens utgang.

2. Frekvensdiskriminator ifølge krav 1,karakterisert ved at flankesteilheten til den pulsen som fremkommer på halv-lederelementets utgang etter lagringsforsinkelsestidens T's utløp og som kan varieres ved f.eks. å variere andre kretskomponenter (som 4 eller 9), er så stor at omtrent den fulle amplitude til den forsinkede utgangspuls oppnås ved den forutbestemte frekvens f min.

3. Frekvensdiskriminator ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det halvledende element er en diode hvis lagringsforsinkelsestid kan justeres ved andre kretskomponenter.

4. Frekvensdiskriminator ifølge krav 1 eller 2 og hvor det halvledende element er en transistor, karakterisert ved a t kretsen forøvrig omfatter en tilbakekoblingssløyfe over hvilken en del av utgangssignalet via et filter (15, 16) tilbakeføres for å benyttes som en variabel forspenning for å frembringe en automatisk styring av lagringsforsinkelsestiden T.