Рассмотрена работа активных и пассивных квазифильтровых устройств клапанного типа, позволяющих пропускать со входа на выход устройства сигналы, частота которых лежит выше или ниже заданного значения, либо находится в пределах заданной полосы частот или, напротив, вне этой полосы.
Квазифильтры клапанного типа и особенности их построения были описаны ранее в публикациях [1–5]. Принцип их работы заключается в преобразовании частоты входного сигнала в напряжение, управляющее одно- или многопороговым устройством. Пороговое устройство разрешает или запрещает прохождение входного сигнала на выход квазифильтра.
На Рисунке 1 показан простейший вариант пассивного квазифильтра клапанного типа. На вход устройства подаётся аналоговый сигнал с постоянной составляющей или цифровой сигнал амплитудой 10 В. Преобразователь частоты в напряжение выполнен по стандартной схеме и включает элементы: конденсаторы C1 и C2, диоды VD1 и VD2, а также резистор R3. К выходу этого преобразователя подключен затвор полевого транзистора VT2 2N7000. Сток транзистора VT2 подключен к источнику входного сигнала через резистор R2. Также входной сигнал через резистор R2 подаётся на затвор транзистора VT1, сток которого подключен к источнику сигнала через резистор R1. Выходной сигнал снимается со стока транзистора VT1.
 |
|
| Рисунок 1. | Простое квазифильтровое устройство без собственного источника питания, пропускающее на выход сигналы частотой выше 27 кГц. |
При подаче на вход устройства сигнала прямоугольной или синусоидальной формы положительной полярности и постепенном повышении его частоты напряжение на выходе преобразователя растет прямо пропорционально частоте. При превышении порога переключения полевого транзистора VT2 2N7000 он переключает свое состояние и шунтирует вход управления транзистора VT1. До этого момента транзистор VT1 открыт, сигнал со входа на выход устройства не проходит.
Поскольку транзистор VT1 запирается, и его можно исключить из рассмотрения схемы, входной сигнал через резистор R1 беспрепятственно проходит на выход устройства. Частота переключения квазифильтра, Рисунок 1, около 27 кГц. Коэффициент ослабления сигнала, частота которого лежит вне полосы пропускания, порядка 200. Коэффициент нелинейных искажений сигнала в полосе пропускания около 0.23%. При R1 = 10 кОм коэффициент ослабления возрастает на порядок, одновременно на порядок возрастают искажения.
Устройство, Рисунок 1, можно использовать в качестве частотного реле. Для этого достаточно изъять из схемы резистор R1 и использовать в качестве нагрузки реле с питанием от внешнего источника.
Ввиду того, что полевые транзисторы не являются идеальными пороговыми устройствами, на Рисунке 2 приведен более совершенный вариант квазифильтрового устройства клапанного типа, позволяющего пропускать на один из его выходов избранную полосу частот, а на другой – сигналы, частота которых лежит вне этой полосы.
 |
|
| Рисунок 2. | Квазифильтр клапанного типа с регулируемой шириной полосы пропускания/заграждения и положения этой полосы по оси частот. |
Квазифильтр, Рисунок 2, также содержит преобразователь частота-напряжение, сигнал с которого подается на входы компараторов DA1.1 и DA1.2 микросхемы LM324. Пороги срабатывания этих компараторов регулируется потенциометрами R6 и R7. Потенциометр R7 задает положение верхней границы окна по шкале частот (верхней границы полосы пропускания или заграждения), а потенциометр R6 задает ширину окна.
С выходов компараторов сигналы поступают на элемент DD1.1 «Исключающее ИЛИ-НЕ» микросхемы CD4077 и затем на выходные каскады – элемент DD1.2 и ключевые транзисторы VT1 и VT2 2N7000.
Частотный диапазон работы квазифильтров определяется номиналами элементов преобразователя частота-напряжение.
Литература
- Shustov M.A. Multichannel amplitude discriminator. Electronics World Incorporating Wireless World. 2000. V. 106. № 6 (1770). P. 458.
- Schustow M.A. NF-Multifrequenzbandfilter. Funkamateur. 2000. Bd. 49. H. 2. S. 171.
- Schustow M.A. UKW-Panoramaempfänger. Funkamateur. 2001. Bd. 50. H. 3. S. 272–273.
- Шустов М.А. Практическая схемотехника. 450 полезных схем. М.: Altex-A, 2001. Кн. 1. 352 с. (I изд.); 2003 (II изд.); М.: Додэка-XXI–Altex, 2007. 360 с. (II изд.).
- Шустов М.А. Аналого-цифровой многоканальный частотный квазифильтр.
