3. ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА СРАВНЕНИЯ ДВУХ ЧАСТОТНО-ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ

Устройства сравнения частотно-импульсных сигналов строятся по принципу сравнения периодов, количества импульсов за фиксированный отрезок времени или сравнения фаз входных сигналов [6, 14]. Указанные устройства имеют либо ограниченный диапазон преобразуемых частот, либо нереверсивную выходную характеристику., Этих недостатков лишена схема описанного ниже цифроаналогового сравнивающего устройства.

В качестве пропорционального звена для систем регулирования скорости может использоваться цифроаналоговое сравнивающее устройство, построенное с использованием

цифрового широтно-импульсного модулятора. Ранее рассматривался цифровой широтно-импульсный модулятор в качестве интегратора.

Рис. 24. Структурная схема (а) и временные диаграммы (б) цифроаналогового сравнивающего устройства

Если интегрирующее звено охватить жесткой отрицательной обратной связью, то оно теряет интегрирующие свойства и становится инерционным звеном с заданным уровнем насыщения. Если в цифровой интегратор завести обратные связи с выходов триггера управления на входы счетчиков, он становится пропорциональным преобразователем. Наличие двух входов в устройстве позволяет сравнивать два частотно-импульсных сигнала, причем в зависимости от знака разности частот на выходе демодулятора изменяется знак выходного напряжения.

Структурная схема сравнивающего устройства изображена на рис. 24, а.

При наличии перекрестных обратных связей заполнение счетчиков тактовой частотой от генератора

тактовых импульсов ГТИ происходит поочередно (в отличие от интегратора). Импульсы переполнения счетчиков, воздействуя на триггер управления Т, поочередно подключают выход ГТИ к счетчикам через соответствующие ключи . При этом на выходе триггера управления образуется ШИМ сигнал с коэффициентом заполнения 0,5.

Сравниваемые частотно-импульсные сигналы , синхронизированные второй тактовой частотой с помощью схем синхронизации непрерывно поступают на входы соответствующих счетчиков. При этом для нормальной работы сравнивающего устройства необходимо выполнять следующие условия:

сравниваемые частотно-импульсные сигналы не должны переполнять счетчики за половину периода ШИМ сигнала, т. е. ;

последовательности тактовых импульсов должны иметь одинаковые частоты но сдвинуты по фазе на 180°.

Импульсы сравниваемых частот поступают через схемы синхронизации на входы счетчиков дополнительно к импульсам тактовой частоты при этом, если время заполнения обоих счетчиков одинаково, ШИМ сигналы на выходе триггера управления имеют скважность 0,5, и напряжение на выходе демодулятора равно нулю. При появлении разности изменяется длительность импульса ШИМ сигнала и на выходе демодулятора появляется напряжение, пропорциональное этой разности с учетом ее знака. При .

В рассмотренной схеме сравниваются частоты в широком диапазоне, а также определяется знак разности, что является важным фактором в системах регулирования. Кроме того, в данной схеме сравниваются не только близкие частоты, но и существенно отличные . Временные диаграммы работы сравнивающего устройства показаны на рис. 24, б.

Напряжение на выходе устройства определяется по формуле

где — коэффициент передачи демодулятора; — длительность импульса ШИМ сигнала; длительность паузы; Т — период ШИМ сигнала; — напряжение питания демодулятора.

Заполнение счетчиков импульсами тактовой частоты и преобразуемых частот запишем следующим образом

емкость счетчиков. Определив из (19) и подставив их значения в уравнение (18), получим выражение

При использовании стабильного источника питания и генератора тактовых импульсов с помощью данного устройства можно получить высокую точность сравнения частот и преобразования в аналоговый сигнал (около 0,1%). В данной схеме применен демодулятор ШИМ сигнала, аналогичный описанному рыше.