Первоначальное назначение схемы на Рисунке 1 заключалось в проверке числа оборотов двигателя с помощью светодиода в качестве единственного устройства индикации. Для таких измерений обычно используются датчики, частота выходного сигнала которых пропорциональна числу оборотов. Схема сравнивает частоту выходного сигнала датчика с нижним и верхним пределом и выдает визуальный результат на светодиод. Если частота ниже нижней границы, светодиод не горит. Если частота находится между этими пределами, светодиод вспыхивает с постоянным периодом, а если частота выше верхнего предела, светодиод горит постоянно. Хотя эту работу может выполнять микроконтроллер, иногда лучше использовать аналоговую схему – например, если измеряемая частота слишком высока для простого контроллера. В схеме на Рисунке 1 используется одна стандартная недорогая микросхема, не требующая написания программного кода. Кроме того, это дешевле, чем подобные схемы, основанные на микроконтроллерах.
 | ||
| Рисунок 1. | В этом аналоговом частотном компараторе для индикации верхнего и нижнего пределов частоты используется светодиод. | |
Основным компонентом схемы является микросхема ФАПЧ 74HC4046. При напряжении питания 12 В вместо нее можно использовать CD4046 без дополнительного регулятора напряжения. Микросхема содержит генератор, фазовый компаратор и один усилитель для входного сигнала. Входной сигнал подается на вход фазового компаратора через встроенный усилитель микросхемы. Схема сравнивает этот усиленный сигнал с частотой генератора, управляемого напряжением (ГУН). Частота задается с помощью внешних компонентов C1, R1 и напряжения на выводе 9. Если частота входного сигнала ниже частоты ГУН, уровень сигнала на выходе фазового компаратора (вывод 13) будет низким. В этом случае транзистор Q2 закрыт, а Q1 открыт, и светодиод не горит, индицируя состояние «низкая частота». Резисторы R2, R3 и R4 определяют напряжение на выводе 9 и нижнюю пороговую частоту. Если частота входного сигнала увеличивается и достигает значения частоты ГУН, уровень выходного сигнала фазового компаратора становится высоким.
Этот высокий выходной уровень включает транзистор Q2 и закрывает Q1. При выключенном Q1 напряжение ГУН увеличивается до второго значения, более высокого, определяемого сопротивлениями резисторов R2 и R3, и ГУН генерирует частоту для верхнего предела. Если частота входного сигнала находится между этими двумя пределами, фазовый компаратор генерирует импульсы прямоугольной формы. Частота этих импульсов задается конденсатором обратной связи C2. При выборе емкости 2.2 мкФ частота равна приблизительно 1 Гц. Эта частота является частотой мигания светодиода. Если частота входного сигнала увеличивается до значения, превышающего верхнюю частоту ГУН, выходной сигнал фазового компаратора останется высоким, а светодиод будет гореть постоянно. При значениях номиналов компонентов, показанных на Рисунке 1, нижний и верхний пороги частоты равны, соответственно, 3.81 кГц и 7.35 кГц.