Дискриминатор — это ключевой электронный компонент, выполняющий функцию преобразователя. Его основная задача — трансформировать изменения в параметрах входного электрического сигнала (например, амплитуды, частоты или фазы) в изменение полярности или уровня выходного напряжения. Название устройства происходит от латинского слова "discrimino", что подчеркивает его способность различать и анализировать сигналы.
Принцип работы и классификация
В основе работы дискриминатора лежит процесс сравнения. Устройство сопоставляет характеристики входного сигнала (амплитуду, полярность, частоту) с эталонным (номинальным) значением, заданным опорным источником. Результатом этого сравнения является выходное напряжение, величина и знак которого (положительный или отрицательный) прямо зависят от степени и направления отклонения входного параметра от номинала. Это напряжение часто называют сигналом рассогласования.
Дискриминаторы классифицируют в зависимости от того, какой параметр сигнала они анализируют:
- Амплитудный дискриминатор реагирует на уровень сигнала. Он содержит пороговую схему (компаратор) и пропускает на выход только импульсы, амплитуда которых превышает заданный порог. Для создания пороговой схемы могут использоваться триггеры, туннельные диоды или высокочувствительные усилители. Разновидностью является дифференциальный (оконный) дискриминатор, который регистрирует сигналы, амплитуда которых находится в строго заданном диапазоне между нижним и верхним порогом. Такие устройства также называют одноканальными амплитудными анализаторами.
- Временной дискриминатор анализирует временные характеристики. Он строится на схемах совпадения или антисовпадения и формирует выходной сигнал только при совпадении (или, наоборот, несовпадении) входного и опорного импульсов во времени.
- Фазовый дискриминатор сравнивает фазы двух сигналов. В нем используется опорный сигнал с фиксированной начальной фазой. Устройство преобразует высокочастотные колебания в амплитудно-модулированные, которые затем подаются на детектор для дальнейшей обработки.
Области применения
Дискриминаторы нашли широкое применение в различных областях техники благодаря своей способности точно выделять полезные сигналы на фоне шумов или других помех. Их используют:
- В радиоприемной аппаратуре: в качестве фазовых и частотных детекторов в радиоприемниках, устройствах автоматической подстройки частоты (АПЧ) и для демодуляции сигналов.
- В системах автоматики и телемеханики для авторегулирования.
- В измерительной технике и приборах ядерной физики для регистрации и анализа импульсов от детекторов частиц.
- В генераторах, особенно диапазонных.
Важное преимущество дискриминаторов в схемах автоматики — возможность установки нулевого порога срабатывания, что упрощает настройку устройств без необходимости регулировки.
Временная привязка (Хронирование)
Особой функцией, реализуемой в дискриминаторах, является хронирование — точная фиксация момента времени, когда детектор зарегистрировал событие (например, приход частицы). Эта функция критически важна в экспериментальной физике. Хронирование может осуществляться по переднему фронту импульса или по точке пересечения нуля для биполярных импульсов.
Быстрые дискриминаторы, часто интегральные, обрабатывают сигналы непосредственно с детекторов или через быстрые усилители. Они обеспечивают высокое быстродействие, но могут иметь более грубую дискриминацию. Точность временной привязки зависит от амплитуды сигнала, уровня шумов и формы импульсов. Например, при хронировании по переднему фронту импульсы с большей амплитудой пересекают порог раньше, что вносит амплитудную зависимость. Современные схемы позволяют компенсировать этот эффект.
В одноканальных амплитудных анализаторах также можно получать хронирующие сигналы. Хотя их временное разрешение обычно ниже, чем у специализированных быстрых дискриминаторов, для многих практических задач и научных экспериментов его оказывается вполне достаточно.