Умножитель частоты

 

УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, содержа-щий последовательно соединенные источник симметричного прямоугольного напряжения, формирователь напряжения треугольной формь, амплитудный детектор и блок сравнения, выход источника симметричного прямоугольного напряжения подключен также к входу дифференцирующего блока, выход которого соединен с входом инвертора и с первым входом элегмента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу инвертора, выход элемента ИЛИ соединен со счетным входом выходного триггера, прямой выход которого является выходом умножителя частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности коэффициента умножения, введены последовательно соединенные первый однополупериодный выпрямитель, первый управляемый аттенюатор и вычитатель, последовательно соединенные второй однополупериодный выпрямитель и второй управляемый аттенюатор, выход которого подключен к другому входу вычитателя, выход которого подключен к другому входу блока сравнения, а также введены блок установки нуля, нуль-орган, первый дополнительный инвертор, первый дополнительный дифференцирующий блок, последовательно соединенные второй дополнительный инвертор и второй дополнительный дифференцирующий блок, последовательно соединенные первый дополнительный триггер, первый эле-мент И и первый демодулятор, выход которого подключен к управляющему входу первого управляемого аттенюатора , последовательно соединенные второй дополнительный триггер, второй элемент И и второй демодулятор, выход которого подключен к управляющему входу второго управляемого аттенюатора, введен также третий дополнительный дифференцирующий блок, вход которого подключен к выходу блока сравнения, а выход - к третьему входу элемента ИЛИ и к входу третьего дополнительного инвертора , выход которого подключен к четвёртому входу элемента ИЛИ, выход дифференцирующего блока подключен также к установочному входу выходного триггера и к единичному входу первого дополнительного триггера , нулевой вход которого подключен к выходу первого дополнительного дифференцирующего блока -и к первому выходу блока установки нуля, выход инвертора подключен также к единичному входу второго дополнительО ного триггера, нулевой вход которого 41 подключен к выходу второго дополнительного дифференцирующего блока и to b к второму выходу блока установки нуля,выход источника симметричного прямоугольного напряжения подключен .также к входам блока установки нуля, первого дополнительного инвертора и к управляющему входу первого демодулятора , управляющий вход второго демодулятора подключен к выходу первот го дополнительного инвертора, выход формирователя напряжения треугольной формы подключен также к входам первого и второго однополупериодных выпрямителей и к входу нуль-органа, выход которого подключен к входам первого дополнительного дифференцирующего блока и второго дополнительного инвертора, при этом прямой

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

М51) И 0 3 В 19/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3549445/18-09 (22) 04.02.83 (46) 07.08.84. Вюл. Р 29 (72) Б.М.Пискунов, В.А.Сергеев, П.К.Шелипов и О.В.Отраднов (53) 621.374.4(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 636771, кл. И 03 В 19/00, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 1007181, кл. И 03 В 19/00, 1980 (прототип). (54)(57) УМИОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, содержа-. щий последовательно соединенные источник симметричного прямоугольного напряжения, формирователь напряжения треугольной формь, амплитудный детектор и блок сравнения, выход источни — ка симметричного прямоугольного на.пряжения подключен также к входу дифференцирующего блока, выход которого соединен с входом инвертора и с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу инвертора, выход элемента ИЛИ соединен со счетным входом выходного триггера, прямой выход которого является выходом умножителя частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности коэффициента умножения, введены последовательно соединенные первый однополупериодный выпрямитель, первый управляемый аттенюатор и вычитатель, последовательно соединенные второй однополупериодный выпрямитель и второй управляемый аттенюатор, выход которого подключен к другому входу вычитателя, выход которого подключен к другому входу блока сравнения, а также введены блок установки нуля, нуль-орган, первый дополнительный инвертор, первый дополнительный дифференцирующий блок, последовательно соединенные второй дополнительный инвертор и второй дополнительный дифференцирующий блок, последовательно соединенные первый доБ0„„ 1072Я А полнительный триггер, первый элемент И и первый демодулятор, выход которого подключен к управляющему входу первого управляемого аттенюатора, последовательно соединенные второй дополнительный триггер, второй элемент И и второй демодулятор, выход которого подключен к управляющему входу второго управляемого аттенюатора, введен также третий дополнительный дифференцирующий блок, вход которого подключен к выходу блока сравнения, а выход — к третьему входу элемента ИЛИ и к входу третьего дополнительного инвертора, выход которого подключен к четвертому входу элемента ИЛИ, g выход дифференцирующего блока подключен также к установочному входу Q) выходного триггера и к единичному входу первого дополнительного триггера, нулевой вход которого подключен к вь.ходу первого дополнительного дифференцирующего блока и к первому вьходу блока установки нуля, выход инвертора подключен также к единичному входу второго дополнительного триггера, нулевой вход которого подключен к выходу второго дополнительного дифференцируюшего блока и к второму выходу блока установки нуля, выход источника симметричного прямоугольного напряжения подключен . также к входам блока установки нуля, йервого дополнительного инвертора и к управляющему входу перВого демодулятора, управляющий вход второго демодулятора подключен к выходу перво-, ф го дополнительного инвертора, выход формирователя напряжения треугольной формы подключен также к входам первого и второго однополупериодных выпрямителей и к входу нуль-органа, выход которого подклкчен к входам первого дополнительного дифференцирующего блока и второго дополнительного инвертора, при этом прямой

1107261 выход выходного триггера подключен к другому входу первого элемента И, Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в устройствах, предназначенных для умножения частоты с использованием источника симметричного прямоуголь- 5 ного напряжения опорной частоты, и в измерительной технике.

Известен умножитель частоты, содержащий формирователь напряжения треугольной формы, а также два блока сравнения, первые входы которых соединены с соответствующими выходами формирователя опорных напряжений (1)

Однако этот умножитель частоты имеет низкую стабильность коэффициен" та умножения.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является умножитель частоты, содержащий последовательно соединенные источник 20 симметричного прямоугольного напряжения, формирователь напряжения треугольной формы, амплитудный детектор и блок сравнения, выход источника симметричного прямоуголь- 25 ного напряжения подключен также к входу дифференцирующего блока, выход которого соединен с входом инвертора и с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выхо Зр ду инвертора, выход элемента ИЛИ соединен со счетным входом выходного триггера, прямой выход которого является выходом умножителя частоты, а также другой блок сравнения, один вход которого подключен к другому выходу амплитудного детектора, при этом вторые входы блоков сравнения подключены к выходу формирователя напряжения треугольной формы, а выходы — к соответствующим входам 4О элемента ИЛИ Г21.

Однако известный умножитель частоты обеспечивает недостаточно высокую стабильность коэффициента умножения. 45

Цель изобретения — повышение

:стабильности коэффициента умножения.

Цель достигается тем, что в умножитель частоты, содержащий последовательно соединенные источник симметричного прямоугольного напряжения, формирователь напряжения треугольной формы, амплитудный детектор и блок сравнения, выход источника симметричного прямоугольного напряжения 55 подключен также к входу дифференциру а инверсный выход — к другому входу втоРого элемента И. ющего блока, выход которого соединен с входом инвертора и с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу инвертора, выход элемента ИЛИ соединен со счетным входом выходного триггера, прямой выход которого является выходом умножителя частоты, введены последовательно соединенные первый однополупериодный выпрямитель, первый управляемый аттенюатор и вычитатель, последовательно соединенные второй однополупериодный выпрямитель и второй управляемый аттенюатор, выход которого подключен к другому входу вычитателя, выход которого подключен к другому входу блока сравнения, а также введены блок установки нуля, нуль-орган, первый дополнительный инвертор, первый дополнительный дифференцирующий блок, последовательно соединенные второй дополнительный инвертор.и второй дополнительный дифференцирующий блок, последовательно соединенные первый дополнительный триггер, первый элемент И и первый демодулятор, выход которого подключен к управляющему входу первого -управляемого аттенюатора, последовательно соединенные второй дополнительный триггер, второй элемент И и второй демодулятор, выход которого подключен к управляющему входу второго управляемаго аттенюатора, а также введен третий дополнительный дифференцирующий блок, вход которого подключен к выходу блока сравнения, а выход — к третьему входу элемента

HJIH и к входу третьего дополнительного инвертора, выход которого подключен к четвертому входу элемента

ИЛИ, выход дифференцирующего блока подключен также к установочному входу выходного триггера и к единичному входу первого дополнительного триггера, нулевой вход которого подключен к выходу первого дополнительного дифференцирующего блока и к первому выходу блока установки нуля, выход инвертора подключен также к единичному входу второго дополнительного триггера, нулевой вход которого подключен к выходу второго дополнительного дифференцирующего блока и к второму выходу блока установки нуля, выход источника симметричного прямоугольного напряжения подключен также к входам блока устанрвки нуля, первого дополнительного

1107261 инвертора и к управляющему входу первого демодулятора, управляющий вход второго демодулятора подключен к выходу первого дополнительного инвертора, выход формирователя напряжения треугольной формы подключен 5 также к входам первого и второго однополупериодных выпрямителей и к входу нуль-органа, выход которого подключен к входам первого дополнительного дифференцирующсго блока и второ- с го дополнительного инвертора, при этом прямой выход выходного триггера подключен к другому входу первого элемента И, а инверсный выход — к другому входу второго элемента И.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема умножителя частоты; на фиг. 2 и 3 — диаграммы, поясняющие его работу. умножитель частоты содержит источник 1 симметричного прямоугольного напряжения, блок 2 установки нуля, формирователь 3 напряжения треуголь. ной формы, нуль-орган 4, амплитудный детектор 5, первый и второй однополупериодные выпрямители б и 7, первый 25 и второй управляемые аттенюаторы 8 и 9, вычитатель 10, блок 11 сравнения, дифференцирующий блок 12, инвертор 13, элемент ИЛИ 14, выходной триггер 15, первый, второй и третий 3О дополнительные дифференцирующие . блоки 16 — 18, первый, второй и третий дополнительные инверторы 19 — 21, первый v. второй дополнительные триггеры 22 и 23, первый и второй элемен- З5 ты И 24 и 25, первый и второй демодуляторы 26 и 27.

Умножитель частоты работает следующим образом.

Напряжение с выхода источника

1 симметричного прямоугольного напря- 40 жения(фиг.2а)поступает на вход блока

2 установки нуля, в котором за произвольный промежуток времени фиг.2; ) прямоугольное напряжение формируется в треугольное напряжение (фиг.2д), 45 затем в прямоугольные импульсы (фиг.2Ь) и в виде положительных импульсов, фиг. 2г)напряжение с выходов блока 2 установки нуля подается на нулевые входы первого и второго до- 5р полнительных триггеров 22 и 23, устанавливая их в состояние, при котором на их выходах присутствуют нулевые потенциалы, фиг. 2ч,ш), Напряжение с выхода источника 1 симметричного прямоугольного напряжения(фиг.?с )поступает также на вход формирователя 3 напряжения треугольной формы. С его выхода напряжение (фиг. 2е)поступает на амплитудный детектор 5, на первый и вто- 60 рой однополупериодные выпрямители б и 7 и на. нуль-орган 4. На выходе амплитудного детектора 5 формируется постоянное напряжение (фиг. 2 -прямая линия, которое подается на блок 11 65 сравнения. На выходе первого однополупериодного выпрямителя 6 формируются треугольные импульсы напряжения отрицательной полярности,фиг.2u), соответствующие по фазе отрицательным полупериодом треугольного напряжения (фиг. 29). На выходе второго однополупериодного выпрямителя 7 формируются треугольные импульсы напряжения положительной полярности, фиг. 2 ), соответствующие по фазе положительным полупериодам треугольного напряжения(фиг.2е) .

С выходов первого и второго однополупериодных выпрямителей 6 и

7,импульсы проходят соответственно через первый и второй управляемые аттенюаторы 8 и 9 и поступают на входы вычитателя 10. В результате на выходе вычитателя 10 формируется периодическое треугольное напряжение (фиг. 2к — треугольная линия), частота которого вдвое выше частоты формирова геля 3 напряжения труегольной форьы.

В блоке 11 сравнения происходит сравнение постоянного напряжения с выхода. амплитудного детектора 5 и треугольного напряжения с выхода вычитателя 10. Величина постоянного напряжения с выхода амплитудного детектора 5 устанавливается равной

0,33 от амплитуды выходного треугольного напряжения вычитателя 10(например, с помощью делителей, которые могут быть установлены как в выходных цепях амплитудного детектора 5, так и во входных цепях блока 11 сравнения), На выходе блока 11 сравнения формируется прямоугольное напряжение с широтно-импульсной модуляцией (фиг.2н), которое дифференцируется в третьем дополнительном дифференцирующем блоке 18(фиг. 2в) и инвертируется третьим дополнительным инвертором 21 (фиг. 2п). Выходное напряжение источника симметричного прямоугольного напряжения 1 дифференцируется дифференцирующим блоком 12 (фиг. 2 ) и инвертируется инвертором

13 (фиг. 2м). Положительные импульсы, полученные в результате дифференцирования и инвертирования прямоугольного напряжения ;фиг.2а)и прямоугольного широтно-импульсного напряжения фиг. 2 н), подаются на элемент

ИЛИ 14, на выходе которого формируется периодическая последовательность положительных импульсов (фиг. 2т).

Эти импульсы подаются на счетнь;й вход выходного триггера 15, на выходах которого формируется периодическое симметричное напряжение прямоугольной формы фиг. 2 g — прямой выход, фиг. 2е — инверсный выход .

Частота выходного напряжения выходного триггера 15 в три раза выше

1107261 частоты симметричного прямоугольного напряжения источника 1 симметричного прямоугольного напряжения (фиг. 2о).

Для того, чтобы на прямом выходе выходного триггера 15 начало формирования симметричного прямоугольного 5 напряжения соответствовало положительному фронту источника 1 симметрич. лого прямоугольного напряжения, на установочный вход выходного триггера

15 подаются импульсы с выхода дифференцирующего блока 12 (фиг.2и). Положительными импульсами с его выхода., соответствующими положительному фронту напряжения (фиг. 2a), выходной триггер 15 устанавливается в положение, при котором на его прямом выходе формируется положительное напряжение (фиг. 2ц) .

Положительными импульсами с выхода дифференцирующего блока 12(фиг.2u) переключается до положительного напряжения на выходе первый дополнительный триrrep 22 (фиг. 2ч). Положительными импульсами с выхода инвертора 13 (фиг.2м) переключается до положительного напряжения на выходе второй дополнительный триггер 23 ,фиг. 2 ь ) . Положитель ными импульсами с выхода первого дополнительного дифференцирующего блока 16(фиг. 2 х), соответствующими положительным фронтам выходных импульсов с нуль-органа

4 фиг.(2р), переключается первый дополнительный триггер 22 в исходное состояние, т.е. до нулевого уровня напряжения на выходе, фнг.2Ч) . Поло- 35 жительными импульсами с выхода второго дополнительного дифференцирующего блока 17(фиг. 2д,), соответствующими положительным фронтам выходных импульсов с второго дополнительного инвер- 40 тора 20 (фиг. 2с), переключается второй дополнительный триггер 23 в исходное состояние, т.е. до нулевого уровня напряжения на выходе(фиг.2щ).

На входы первого элемента И 24 поступают положительные импульсы с выхода первого дополнительного триггера 22(фиг. 2ц)и с прямого выхода выходного триггера 15 (фиг. 2ц) . Поскольку эти импульсы совпадают во времени, то на выходе первого элемен та И 24 формируются периодические положительные импульсы (фиг. 2й,), длительность которых равна длительности положительных полупериодов прямоугольного напряжения с прямого выхода выходного триггера 15(фиг.2ц).

Импульсы с выхода первого элемента И 24 поступают на первый демодулятор 26, где формируется соответствующая их ширине постоянная составляю- 60 щая.

Выходное постоянное напряжение первого демодулятора 26 поступает на управляющий вход первого управляемого аттенюатора 8, устанавливая определенный коэффициент передачи, т.е. амплитуду передаваемых отрицательных пилообразных импульсов (фиг. 2 u) .

На входы второго элемента И 25 поступают положительные импульсы с выхода второго дополнительного триггера 23 (фиг. 2щ) и с инверсного выхода выходного триггера 15 (фиг. 2ср) .

Так как эти импульсы совпадают во времени, то на выходе второго элемента И 25 формируются периодические положительные импульсы(фиг.2э) длительность которых равна длительности положительных полупериодов прямоугольного напряжения с инверсного выхода выходного триггера 15 (фиг. 2ср) .

Импульсы с выхода второго элемента И 25 поступают на второй демодулятор 27, где формируется соответствующая их ширине постоянная составляющая. Выходное постоянное напряжение второго демодулятора 27 поступает на управляющий вход второго управляемого аттенюатора 9, устанавливая определенный коэффициент передачи, т.е. амплитуду передаваемых положительных пилообразных импульсов (фиг. 2 W) .

Коэффициенты передачи первого и второго управляемых аттенюаторов 8 и 9 должны быть установлены равными.

Если на выходах первого и второго однополупериодных выпрямителей б и

7 формируются одинаковые пилообразные импульсы, то на выходе вычитателя

10 формируется симметричное пилообразное напряжение, т.е. амплитуды соседних пилообразных импульсов равны (фиг. 2к). В этом случае на выходе выходного триггера 15 формируется симметричнре прямоугольное напряжение, т.е. все периоды этого напряжения равны, значит мгновенное значение частоты выходного напряжения выходного триггера 15 равно устроенному значению частоты напряжения источника 1 симметричного прямоугольного напряжения (фиг. 2q). Вредположим, что коэффициенты передачи первого и второго управляемых аттенюаторов 8 и 9 равны и не изменяются.

Если в результате нестабильности преобразованного сигнала (Фиг. За,Д,Ь) на выходе, например, первого однополупериодного выпрямителя 6 амплитуда пилообразных импульсов увеличилась (фиг.Зг), то на выходе вычитателя

10 формируется несимметричное пилообразное напряжение (фиг. Зс1). Это приводит к изменению соотношения увеличенной амплитуды импульсов пилообразного напряжения, формируемых первым однополупериодным выпрямителем б, с величиной опорного напряжения с выхода амплитудного детектора 5. На выход е блока 11

1107261 сравнения сформированные широтномодулированные импульсы имеют разную относительную продолжительность в разные периоды <фиг. Зе). На выходе элемента ИЛИ 14 формируется последовательность импульсов с фазовой моду- з ляцией(фиг.Зк),т.е. импульсы поступают на счетный вход выходного триггера 15 через разные промежутки времени и соответственно этим импульсам срабатывает выходной триггер 15, 10 на выходе которого формируется прямоугольное напряжение с модуляцией по частоте (фиг.Зл,м). B результате этого изменяется мгновенное значение частоты напряжения на прямом выходе 5 выходного триггера 15, т.е. изменяется мгновенное значение коэффициента умножения частоты.

Для стабилизации коэффициента умножения частоты в умножителе частоты проделываются следующие преобразования сигналов.

Положительным импульсом с выхода дифференцирующего блока 12 переключается первый дополнительный триггер

22 в состояние, когда на его выходе устанавливается положительный потенциал, фиг. Зн).

Положительным импульсом с выхода первого дополнительного дифференцирующего блока 16, соответствующим 30 переднему фронту импульса с выхода нуль-органа 4 фиг.(Зм),первый дополнительный триггер 22 переключается

s исходное состояние. Положительные импульсы с выхода первого дополни- 35 тельного триггера 22 (фиг. Зн) и импульсы с прямого выхода выходного триггера 15 фиг. 3,<)поступают на входы первого .элемента И 24. Положительные импульсы напряжения с прямо- 40 го выхода входного триггера 15 фиг.З совпадают во времени с положительныМИ импульсами с выхода первого дополнительного триггера 22(фиг.ЗН) .

В результате на выходе первого элемента И 24 формируется последовательность положительных импульсов (фиг.Зп ), длительность которых равна длительности положительных полупериодов прямоугольного напряжения с прямого выхода выходного 50 ,триггера 15 (фиг. Зл) . Причем дли тельность этих импульсов увеличивается с увеличением амплитуды соответствующих треугольных импульсов напряжения, действующих на входе блока 11 сравнения (фиг. 3 )), по сравнению с соседним периодом треугольного напряжения. Поэтому на выходе первого демодулятора 26 формируется постоянное напряжение более высокого уровня по сравнению со случаем, когда отсутствует нестабильность первого однополупериодного выпрямителя 6 (фиг.Зм). Этим выходным напряжением первого демодулятора

26 регулируется коэффициент передачи первого управляемого аттенюатора 8, в данном случае уменьшается, для того, чтобы уменьшить увеличенную амплитуду треугольных импульсов с выхода первого однополупериодного выпрямителя 6. В результате такой регулировки коэффициента передачи первого управляемого аттенюатора 8 стабилизируется мгновенное значение частоты прямоугольного напряжения на выходе выходного триггера 15.

При возможном изменении выходного напряжения второго однополупериодного выпрямителя 7 регулировка второго управляемого аттенюатора 9 происходит аналогично с помощью второго дополнительного триггера 23, второго элемента И 25 и второго демодулятора

27 (фиг. Зо, р).

Таким образом, в предлагаемом умножителе частоты стабилизируется коэффициент умножения частоты при возможных нестабильностях первого и второго однополупериодных выпрямителей 6 и 7.

Следовательно, по сравнению с известным устройством предлагаемый умножитель частоты обладает новым качеством — более высокой стабильностью коэффициента умножения частоты.

Технико-экономический эффект заключается в том, что по сравнению с базовым образцом предлагаемый умножитель частоты является более быстродействующим, более точным, так как не требует калибровок при работе, и является значительно дешевле, что экономически оправдывает его применение в аппаратуре специального назначения.

1107261

1107261

Р

В г

У е

Ж

У к и

Р1

О

Р с

m (Р

110726)

Составитель Н. Матвиенко

Редактор р.öèöèêà Техред М. Гергель ХорректорМ.демчик

Заказ 5774/41 Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауьская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патейт", г. Ужгород, ул. Проектная,4