周波数感応スイッチ 回路説明
  波形変換回路 波形変換回路では、入力されるアナログ信号をパルス信号に変換します。 入力信号はインバータに入力し矩形波を作ります。 インバータは入力に何も接続しない場合にはハイレベル（Ｈ）状態になっています。その時、インバータ出力はローレベル（Ｌ）状態です。 Ｒ１の抵抗値が小さい場合にはＷ点はスレッショルド電圧（ＴＨ）以下になります。今回の場合Ｒ１として１ＫΩを使用しましたのでＴＨ以下になっています。ただし、Ｖ点に接続する信号発生器の内部抵抗が高い場合にはＴＨ以上となります。 Ｗ点がＴＨよりも高い場合、Ｘ点の信号のＨとＬが逆転しますが、回路動作には影響しません。どちらの場合でもＺ点には入力信号と同じ周期のパルスが出ます。 以下の説明ではＷ点が無信号時にＴＨ以下とします。 この状態で入力信号が加わると、インバータのスレッショルド電圧以上になった時に出力はＬ状態になります。（Ｘ点） ＩＶ１で矩形化した信号はＣおよびＲ２で構成する微分回路により、スパイク状の信号になります。（Ｙ点） 微分回路の出力をインバータＩＶ２に加え、波形整形を行います。 ＩＶ２の入力に加わる信号のスレッショルド以下の部分でＩＶ２の出力はＨ状態となります。 このパルス状の信号の間隔は入力アナログ信号の周期と同じになっています。Ｒ１およびＤは入力に過大な電圧が加わった場合、ＩＶ１を保護するためのものです。 ＤはツェナーダイオードでＷ点に＋５Ｖ以上の電圧が加わると電流を接地に流し、Ｗ点が＋５Ｖ以上の電圧になることを防ぎます。 インバータは種類（バイポーラ、ＬＳ、ＨＣ）により入力端子に何も接続しない場合の入力電圧、入力電流特性などが異なっています。 今回の回路ではＬＳタイプを使用しています。 ＬＳ以外ではうまく動作しませんでした。入力信号の発振器の出力インピーダンス（交流電流での抵抗）、Ｒ１の値などを調整すれば、他のタイプでも使えると思います。 また、インバータの入力特性は微分回路の特性にも影響を与えます。 ですから、Ｚ点のパルス幅は単純なＣＲ関係ではありません。Ｃの値を変化させてみましたが、パルス幅はあまり変化しません。 たぶん、Ｙ点での無信号時の電圧とＴＨとの差があまりないので、Ｃを多少変えても変化しないのではないかと思います。 周波数選別回路 入力されるパルス信号の間隔が規定のパルス間隔になっているかをチェックする回路です。 パルス間隔は入力信号の周波数によりますので、入力信号の周波数が規定の周波数になっているかをチェックすることになります。 パルス間隔をチェックするために７４ＨＣ１２３というＩＣを使用します。 このＩＣは Retriggerable Single Shot と呼ばれるもので、１つのＩＣに２つ入っています。 入力にパルスが加わると出力の状態を一定時間だけ反転する機能を持っています。 今回の回路では２つの Single Shot を使用し、片方を周波数の上限検出用、もう片方を下限検出用として使用しています。 Retriggerable Single Shot  反転するタイミングは入力パルスがＨ状態からＬ状態に変化した時です。 出力が反転している時間（ｔｄ）はＲとＣの値により決まります。
７４ＨＣ１２３の場合の詳しいデータは分かりません。 今回の場合、Ｒは５０ＫΩ以下ですので問題はありません。   入力周波数が検出周波数以内の場合 まず、入力周波数が検出周波数の場合を説明します。ｔｗ ：入力パルス幅 ｔｄ１：上限タイマ値（周波数の上限の意味なので値は短くなります） ｔｄ２：下限タイマ値（周波数の下限の意味なので値は長くなります） 入力パルスの立ち下がり（Ｈ→Ｌ）でＸ点がＬへ、Ｙ点がＨへと変化します。上限タイマ値を過ぎてから下限タイマ値のタイムアウト以内に次の入力パルスがあると、Ｗ点、Ｘ点およびＹ点が全てＨ状態になります。 この条件によりＮＡＮＤ１の出力Ｚ点はｔｗの間だけＬ状態となります。 すなはち、入力パルスの間隔がｔｄ１＋ｔｗ以上、ｔｄ２以下の間に入った時だけＺ点がＬ状態になります。 入力周波数が検出周波数以上の場合 上限タイマは入力パルスの立ち下がりで更新されますので、入力パルス間隔がｔｄ１以下の場合、その後もＸ点はＨ状態にはなりません。 ですから、Ｚ点はＨ状態のままとなります。 入力周波数が検出周波数以下の場合 入力パルスの間隔がｔｄ２以上（厳密にはｔｄ２＋ｔｗ以上）の場合、入力パルスのタイミングではＹ点はＬ状態となっています。 ですから、Ｚ点はＨ状態のままとなります。 持続検出回路 周波数感応スイッチ回路の入力信号は単一の周波数でないことがあります。音声、音楽などのアナログ信号の場合、ある瞬間、検出周波数の信号が入ることもあります。 それによる誤動作を防止するのが持続検出回路です。 持続検出には電圧比較用のＩＣを使用します。 Ｘ点に加わるパルス信号によりＣに電荷を溜めます。電荷が溜まってくるとＣの両端の電圧は上昇します。この上昇を電圧比較器で検出します。 電圧比較器の＋入力端子には比較する基準電圧を設定します。 −入力端子に接続されたＣの電圧が基準電圧以上となると比較器の出力はＨ状態からＬ状態へと変化します。 ＶＲにより基準電圧を高くすると、検出電圧は高まり、Ｃの電圧が高くならないと出力は変化しません。 ですから、周波数検出範囲以内のパルス信号が連続して入力された場合のみ出力が変化します。 Ｘ点のパルス信号によりＣに溜まった電荷はＲを通して放電します。 ですから、Ｘ点のパルスエネルギーよりもＲを通して放電するエネルギーが大きすぎるとＣの電圧はほとんど上がりません。 入力パルス信号が無くなると、Ｃに溜まった電荷はＲを通して放電し、Ｃの両端の電圧は下がります。 ダイオードＤはＣに溜まった電荷がＸ点が０Ｖになったときに逆流しないようにするためです。 Ｄが無いとＣには電荷が溜まりません。 出力回路 出力回路では一定時間以上の同一周波数を検出した場合、約５００ミリ秒のＨ状態信号を出力します。 出力回路にはＮＥ５５５を使用しています。 前述の持続検出回路により、一定時間以上の同一周波数入力検出をするとＸ点はＨ状態からＬ状態へと変化します。 Ｃ１とＲ１は微分回路を形成しています。Ｘ点がＨ状態からＬ状態に変化した時、Ｙ点には０Ｖに近づくパルス信号が発生します。 この信号はＮＥ５５５のトリガ信号となり、ＮＥ５５５の出力（Ｚ点）は一定時間Ｈ状態となります。 ＮＥ５５５の出力がＨ状態となっている時間はＣ２とＲ２の値により決まり、以下の式で計算出来ます。
今回の回路では約５００ミリ秒に設定しています。 |
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