Радиолоцман Электроника en
расширенный поиск +
  

02-11-2018

Аналого-цифровые частотные реле

Texas Instruments » CD4011B

Журнал РАДИОЛОЦМАН, июль 2018

Михаил Шустов, г. Томск

Описывается принцип действия и приводятся схемы аналого-цифровых частотных реле, переключение которых происходит при превышении частотой входного сигнала некоторого заданного значения

Аналого-цифровые частотные реле, рассматриваемые в статье, предназначены для реагирования исполнительного или индицирующего устройства на превышение контролируемой частотой заданного граничного значения. Неоспоримым преимуществом таких реле является то, что их можно легко настроить на работу в диапазоне частот от единиц Гц до сотен кГц.

Одноканальное аналого-цифровое частотное реле на fГР ≈ 10 кГц.
Рисунок 1. Одноканальное аналого-цифровое частотное реле на fГР ≈ 10 кГц.

Работа аналого-цифровых частотных реле основана на зарядно-разрядных процессах в RC-цепочках [1, 2]. На Рисунке 1 представлен один из вариантов такого реле. Входной сигнал КМОП-уровня скважностью 2 поступает на вход логического элемента DD1.1 CD4011 (К561ЛА7). К выходу этого элемента подключена RC-цепочка, определяющая граничную частоту срабатывания реле. Для указанных на схеме номиналов элементов fГР ≈ 10 кГц. Эту частоту можно определить по формуле

Конденсатор заряжается по экспоненциальному закону во время присутствия логической единицы на выходе элемента DD1.1 и практически мгновенно разряжается через диод VD1 в момент переключения логического элемента (см. диаграмму, Рисунок 2).

Диаграммы сигналов в контрольных точках устройства.
Рисунок 2. Диаграммы сигналов в контрольных точках устройства.

Второй логический элемент DD1.2 выполняет роль компаратора и, одновременно, элемента «И-НЕ», формируя на своем выходе сигнал логического уровня, длительность которого увеличивается с ростом частоты входного сигнала. Этот сигнал, а также ток через резистор R3 заряжает конденсатор C3 второй RC-цепочки (R2C3) при наличии высокого логического уровня на выходе DD1.2 и мгновенно сбрасывает заряд конденсатора через диод VD2 при переключении логического элемента.

В итоге в области входных частот f < fГР напряжение на конденсаторе C3 не превышает напряжения пробоя стабилитрона VD3, который предназначен для снижения вероятности ложного срабатывания выходного ключевого каскада. При дальнейшем повышении частоты (см. Рисунок 2), когда частота входных импульсов достигнет или превысит значения fГР, на выходе логического элемента DD1.2 будет постоянно присутствовать значение логической единицы, а напряжение на конденсаторе C3 достигнет максимального значения. На вход ключевого каскада на транзисторе VT1 поступит управляющий сигнал, включающий нагрузку (реле, светодиод т.п.). Переходная область частоты переключения для fГР = 10 кГц укладывается в полосу шириной менее 100 Гц.

На Рисунке 3 приведена схема трехканального аналого-цифрового частотного реле с использованием ранее незадействованных логических элементов КМОП-микросхемы CD4011 (К561ЛА7). Блоки Pf1–Pf3 выполнены по идентичной схеме (см. Рисунок 1). Граничная частота срабатывания первого канала (10 кГц) осталась без изменения, поскольку суммарное сопротивление параллельно включенных резистора R1 и потенциометров R2, R3 осталось неизменным (7.5 кОм). Частоты срабатывания остальных каналов можно плавно регулировать в сторону повышения потенциометрами R2 и R3.

К числу не столь существенных недостатков реле можно отнести их срабатывание в случае, если частота входного сигнала становится ниже 0.01fГР. Эта частота определяется постоянной времени цепочки R2C3, Рисунок 1.

Трехканальное аналого-цифровое частотное реле.
Рисунок 3. Трехканальное аналого-цифровое частотное реле.

Количество каналов реле может быть существенно расширено при использовании решения, показанного на Рисунке 3. Как уже говорилось ранее, частотные границы работы реле могут быть откорректированы в ту или другую стороны путем пропорциональной коррекции номиналов RC-цепочек.

Литература

  1. Шелестов И.П. Радиолюбителям полезные схемы. Вып. 4. – М.: Солон-Р, 2001. – С. 195–197.
  2. Шустов М.А. Цифровые частотные фильтры // Радиолюбитель. – 2018. – № 3. – С. 22–23.

Материалы по теме

Логические элементы CMOS Quad 2-Input NAND Gate
ПоставщикПроизводительНаименованиеЦена
МосЧипTexas InstrumentsCD4011B/883по запросу
T-electronTexas InstrumentsCD4011Bпо запросу
КремнийCD4011Bпо запросу
TradeElectronicsTexas InstrumentsCD4011B/44016по запросу
LifeElectronicsTexas InstrumentsCD4011B----CALLREPпо запросу
Все 6 предложений от 6 поставщиков »
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения:Полный вариант обсуждения »
  • Чевой-то я не понял, как на схеме рис.3 происходит регулировка частоты подстроечниками... Используются "аналоговые" эффекты логических элементов, что ли? Я бы такие "реле" не советовал...
  • Да нет - обратных связей нет. Логические элементы используются по прямому назначению.
Рекомендуемые публикации по теме:
Новости  »
Linear Technology представила экономичные 16-разрядные аналого-цифровые преобразователи
Новости  »
Analog Devices представляет многоканальные аналого-цифровые преобразователи для промышленных высоковольтных систем
Книги  »
Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи
Схемы  »
Микроконтроллер осуществляет аналого-цифровое преобразование и управляет семисегментными индикаторами с минимальными затратами
Книги  »
Цифро-частотные и время-импульсные преобразователи информации

При перепечатке материалов с сайта прямая ссылка на РадиоЛоцман обязательна.

Приглашаем авторов статей и переводов к публикации материалов на страницах сайта.

Срезы ↓
Лазерный дальномер Leica Disto D1
Дальномер Leica Disto D1
Дальность измерения: 0.2 - 40 м
Цена: от 4 999 руб.
Доставка: Россия
Датчики влажности и температуры ДВТ-03
Датчики влажности и температуры ДВТ-03
Цена: от 3 168 руб.
Доставка: Россия и страны СНГ
Осциллограф Rohde Schwarz RTB2002
Осциллограф Rohde&Schwarz RTB2002
Цена: от 128 тыс. руб.
Доставка: Россия
Рейтинг@Mail.ru