Измеритель частоты и отношения частот

 

Изобретение позволяет повысить точность частотно-временных измере //w J &7 Sr-y цзиг. 1 ний сигналов. Измеритель содержит двухсекционный переключатель .2 режима работы, триггер 9 линейного разряда, счетчик 10, генератор 11 импульсов и цифровое отсчетное устройство 12. В устройство введены блоки 1 и 2 вьщеления N периодов, служащие для вьщеления интервалов времени, равных одному периоду входных напряжений . В течение этих интервалов времени происходит заряд конденсаторов 5 и 7. Кроме того, в измеритель введены формирователь 3 начала разряда , генератор 4 тока периодов и зарядно-разрядная схема 6 и приведены примеры конкретного их вьтолнения. 4 3.п. ф-лы. 7 ил. (О сл с СП со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (511 4 G 01 R 23/09

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К AB ГОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4064493/24-21 (22) 30.04.86 (46) 15.10.87. Бюл. Р 38 (7 1) МГУ им. М,В.Ëîìoíîñîâà (72) Н.Н.Баламатов, И.В.Надеждин и А.В.Немиткин (53) 621.3 17.76(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР и 817604, кл. G 01 R 25/00, 1979.

Кукуш В.Д. Электрорадиоиэмерение .

Учебн, пособие для вузов. M.: Радио и связь, 1985, с. 181-184. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ И ОТНОШЕНИЯ

ЧАСТОТ (57) Изобретение позволяет повысить точность частотно-временных измере„,SU,» 1345131 А1 ний сигналов. Измеритель содержит двухсекционный переключатель 8„1-8,2 режима работы, триггер 9 линейного разряда, счетчик 10, генератор 11 им пульсов и цифровое отсчетное устройство 12. В устройство введены блоки 1 и 2 выделения N периодов, служащие для выделения интервалов времени, равных одному периоду входных напряжений, В течение этих интервалов времени происходит заряд конденсаторов 5 и 7. Кроме того, в измеритель введены формирователь 3 начала разряда, генератор 4 тока периодов и зарядно-разрядная схема 6 и приведены примеры конкретного их выполнения. а

4 з.п. ф-лы. 7 ил.

1345131

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для частотно-временных измерений радиоимпульсных и непрерывных .1 сигналов, Цель изобретения — повьппение точности измерения.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 и 3 - 10 временные диаграммы работы устройства в режимах измерения отношения частот и измерения частоты при N = 1, на фиг. 4-7 — примеры реализации блока вьделения N периодов, формиро- 15 вателя начала разряда, генератора тока периодов, зарядно-разрядной схемы соответственно, Измеритель частоты и отношения частот (фиг. 1) содержит первый и 20 второй блоки 1 и 2 выделения N периодов, формирователь 3 начала разряда, генератор 4 тока периодов, первый накопительный конденсатор 5, зарядно-разрядную схему 6, второй накопи тельный конденсатор 7, двухсекционный переключатель 8.1-8.2 режима работы, триггер 9 линейного разряда, счетчик

10, генератор 11 импульсов и цифровое отсчетное устройство 12. 30

Блок 1 вьделения N периодов (фиг.4) содержит первый компаратор 13 напряжения, первый и второй Д-триггеры 14 и 15. Формирователь 3 начала разряда (фиг. 5) содержит первый и второй

16 и 17 IK-триггеры, элемент И 18 и элемент 19 задержки.

Генератор 4 тока периодов (фиг.6) содержит первый и второй ключи 20 и

21, третий Д-триггер 22, первую схе- 10 му 23 выделения спада сигнала, преобразователь 24 напряжения в ток разряда, первый источник ?5 тока.

Зарядно-разрядная схема 6 (фиг.7) содержит третий, четвертый и пятый

26, 27 и 28 ключи, второй источник 29 тока, элемент ИЛИ 30, четвертый Дтриггер 31, схему 32 выделения спада сигнала и второй компаратор 33 напряжения. 50

Первый и вторым входами устройства являются первые входы соответственно первого и второго блоков 1 и

2 вьделения N-периодов, вторые входы которых являются входом запуска устройства, выход первого блока 1 выделения соединен с первым входом генератора 4 тока периодов и первым входом формирователя 3 начала разряда,, второй вход которого соединен с выходом второго блока 2 вьделения N периодов и первым входом зарядно-разрядной схемы, второй вход которой соединен со вторым входом генератора

4 тока периодон, выходом триггера 9 линейного разряда и первым входом счетчика 10, третий вход — с выходом генератора 4 тока периодов, четвертый вход — с подвижным контактом первой секции 8.1 двухсекционного переключателя, неподвижные контакты которой соединены соответственно с шиной начального и опорного потенциалов, пятый вход — через второй накопительный конденсатор 7 с общей шиной, а вьгход — со вторым входом триггера 9 линейного разряда, первый вход которого соединен со вторым выходом формирователя 3 начала разряда, третий вход и первый выход которого соединены между собой через вторую секцию 8.2 двухсекционного переключателя режима работы, выход генератора 11 импульсов соединен со вторым нходом счетчика 10, выход которого соединен со входом цифрового отсчетного устройства 12, при этом третий

1 вход генератора 4 тока периодов через первый накопительный конденсатор

5 соединен с общей шиной, Первым входом блока 1,2 вьделения

N периодов является вход первого компаратора 13, выход которого соединен с тактовым входом второго Д-триггера 15, выход которого является выходом блока выделения N периодов, вторым входом которого является установочный вход первого Д-триггера 14, Д-вход которого соединен с общей шиной, тактовый вход — с Д-входом и инверсным выходом второго Д-триггера

15, вход сброса которого соединен с инверсным выходом первого Д-триггера

14. Первым и вторым входами формирователя 3 начала разряда являются тактовые входы соответственно первого и второго IK-триггеров, I- и К-входы которых соединены между собой и с шиной потенциала логической " 1", а входы сброса через элемент 19 задержки — с выходом элемента И, являющегося вторым выходом формирователя 3 начала разряда, первым выходом которого является выход второго IK-триггера 17, а третьим входом — первый вход элемента И 18, второй вход кото1345131

10 рого соединен с выходом первого IKтриггера 16.

Первым входом генератора 4 тока периодов является управляющий вход

5 первого ключа 20, соединенный с тактовым входом третьего Д-триггера, Двход которого соединен с шиной потен. циала логическои " 1", вход сброса через первую схему 23 выделения спада сигнала — со вторым входом генератора, 4 тока периодов, а выход — с управляющим входом второго ключа 21, вход которого соединен с шиной начального напряжения, а выход являю- . щийся третьим входом генератора 4 тока периодов, через первый ключ 20 и первый источник 25 тока — с общей шиной, через преобразователь 24 напряжения в ток разряда — с выходом 20 генератора 4 тока периодов.

Первым входом зарядно-разрядной схемы 6 являются соединенные между собой управляющий вход третьего ключа 26 и первый вход элемента ИЛИ 30, 25 второй вход которого является вторым входом зарядно-разрядной схемы 6 и соединен с управляющим входом пятого ключа 28 и входом схемы 32 выделения спада сигнала, выход которой соединен д0 со входом сброса четвертого Д-триггера 3 1, тактовый вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ 30, Двход — с шиной потенциала логической

" 1", а выход — с управляющим входом четвертого ключа 27, вход которого является четвертым входом зарядноразрядной схемы, а выход, являющийся пятым входом зарядно-разрядной схемы 6 соединен через третий ключ 40

26 со вторым источником 29 тока, непосредственно — с выходом пятого ключа 28, а через второй компаратор

33 — с выходом зарядно-разрядной схемы 6, третий вход которой соеди- 45 нен со входом пятого ключа 28.

Устройство работает следующим образом.

В режиме измерения отношения частот. в исходном состоянии первый и второй накопительные конденсаторы 5

7 находятся TIop, IIoTeHuHaJIoM UH „ (подключены к шине начального напряжения), триггер 9 линейного разряда находится в нулевом состоянии, вход счетчика 10 закрыт, входы "Вх. 1" и

"Вх. 2" устройства заблокированы, первая секция 8.1 переключателя режима работы соединена с источником начального напряжения U»„, вторая секция 8.2 переключателя режима работы замкнута.

По сигналу "Запуск" на "Вх. зап" (фиг. 2а) блоки 1 и 2 выделения N периодов выделяют интервалы времени

Т1 и Т2 (фиг. 2г, д ), равные одному периоду входных напряжений U и П

1 (фиг. 2Б, Ь ) . В течение времени Т1 и Т2 происходит заряд первого и второго накопительных конденсаторов 5 и 7 стабильным током I до напряжений

Ж), где С5 и С7 величины емкости первого и второго накопительных конденсаторов 5 и 7. Спадом сигнала Т1 или

Т2 (фиг. 2е), пришедшим во времени последним, формирователь 3 начала разряда устанавливает триггер 9 линейного разряда в единичное состояние, при этом открывается вход счетчика 10 на время с (фиг. 2ц) и генератор 4 тока периодов подключается к зарядно-разрядной схеме 6. С этого момента начинается процесс разряда второго накопительного конденсатора 7 током, пропорциональным напряжению на первом накопительном конденсаторе 5, до исходного потенциала. В момент времени, когда второй накопительный конденсатор 7 разрядится до начального потенциала, зарядно-разрядная схема 6 вырабатывает сигнал (фиг. 2к), возвращающий триггер 9 линейного разряда в нулевое состояние, вследствие чего закрывается вход счетчика 10 и отключается генератор 4 тока периодов от зарядно-разрядной схемы 6. На этом цикл измерения отношения частот f„ /f заканчивается. При этом время разряда второго накопительного конденсаР тора 7 линейно связано с величиной

Е /Е . В режиме измерения частоты первая секций 8.1 переключателя режима работы подключена к опорному напряжению U „, а вторая секция 8.2 переключателя режима работы разомкнута. В исходном состоянии разность напряжений между напряжением на втором накопительном конденсаторе 7 и напряжением срабатывания второго компаратора 33 напряжения, входящего в состав зарядно-разрядной схемы

6, составляет йU = U „ — U„ ч .Вход счетчика 10 закрыт, триггер 9 линейного разряда находится в нулевом

1345131

Число импульсов, зарегистрирован- 35 ных в счетчике за время разряда „„, 1 соответствует частоте f = . при

Т1 этом t p линейно связано с величиной

Первый и второй блоки 1 и 2 вы1 деления N периодов (фиг, 4) работают с следующим образом. В исходном состоянии первый Д-триггер 14 сброшен в

"0", второй Д-триггер 15 заблокирован по R-входу. Сигналом по "Вх. зап ° " первый Д-триггер 14 устанавливается в "1", потенциал блокировки с R-входа второго Д-триггера 15 снимается. Второй Д-триггер 15 формиру1 ет на выходе логический сигнал, равный по длительности одному периоду входного напряжения, поступающего на вход "Вх. 1" устройства. Фронтом сигнала с инверсного выхода второго

Д-триггера 15 первый Д-триггер 14 возвращается в исходное состояние, тем самьм блокируя второй Д-триггер

15. Первый компаратор 13 напряжения

50

55 состоянии, "Вх. 1" заблокирован. Второй блок 2 выделения N периодов в этом режиме работы не используется.

По сигналу "Запуск" (фиг. За) первый блок 1 выделения N периодов из входного сигнала (фиг. 38) формирует на выходе интервал времени Т1 (фиг.ЗЬ).

В течение Т1 происходит заряд конденсатора 5 стабильным током I до

ТЗ Т1 напряжения Б = (фиг. ЗА) .

Спадом сигнала Т1 (фиг. Зъ), через формирователь 3 начала разряда триггер 9 линейного разряда устанавливается в единичное состояние (фиг. 3 ). 15

Открывается вход счетчика 10, генератор 4 тока периодов подключается к зарядно-разрядной схеме 6 и начинается процесс второго накопительного разряда конденсатора 7 (фиг.Зе) током, пропорциональньи напряжению на первом накопительномконденсаторе 5.

В момент равенства напряжения на втором накопительном конденсаторе 7 и напряжения срабатывания второго компаратора 33 напряжения сигналом с выхода зарядно-зарядной схемы 6 (фиг.3 p) триггер

9 линейного разряда возвращается в нулевое состояние, закрывается вход счетчика 10 и отключается генератор

4 тока периодов от зарядно-разрядной схемы 6 ° На этом цикл измерения частоты заканчивается. вырабатывает из входного сигнала импульсы прямоугольной формы.

Первый и второй IK-триггеры 16 и

17 формирователя 3 начала разряда (фиг. 5) в исходном положении сброшены в "О". Спадами сигналов Т1 и

Т2 (в режиме измерения отношения частот) они устанавливаются в " 1", элемент И 18 формирует на выходе сигнал начало разряда в момент прихода на его входы последнего по времени из спадов Т1 и Т2, Одновременно этот сигнал через элемент задержки возвращает первый и второй IK-триггеры

16 и 17 в исходное положение. В режиме измерения частоты этот блок вырабатывает сигнал запуска триггера

9 линейного разряда по спаду сигнала Т1, так как второй секцией 8.2 переключателя: режима работы один из входов элемента И 18 отключается от второго IK-триггера 17 и не оказывает влияния на работу формирователя 3 начала разряда.

Генератор 4 тока. периодов (фиг ° 6) работает следующим образом. В исходном состоянии третий Д-триггер 22 сброшен в "0", первый ключ 20 разомкнут, второй ключ 21 замкнут. Фронтом

Т1 третий Д-триггер 22 устанавливается в " 1", второй ключ 2 1 размыкается. На время длительности Т1 первый ключ 20 подключает источник 25 тока к первому накопительному конденсатору 5. Напряжение U преобразуется в ток I< преобразователем 24 напряжения в ток разряда, Величина заряда У удерживается на первом накопительном конденсаторе 5 в течение времени измерения и сбрасывается в исходное состояние по R-входу третьего Д-триггера 22 в конце цикла измерения от триггера 9 линейного разряда через первую схему 23 выделения спада.

Исходное состояние зарядно-разрядной схемы 6 (фиг. 7, режим измерения

f /f ) Четвертый Д-триггер 31 сброшен в "0", третий и пятый 26 и 28 ключи разомкнуты, четвертый ключ 27 замкнут, конденсатор 7 заряжен до

Фронтом сигнала Т2 четвертый

Д-триггер 31 через элемент ИЛИ 30 устанавливается в состояние "1" четвертый ключ 27 размыкается. В течение Т2 второй накопительный конденсатор 7 заряжается До Бс7.

131

3. Измеритель по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что формирователь начала разряда содержит первый и второй IK-триггеры, элемент И и элемент задержки, первым и вторым входами формирователя начала разряда являются тактовые входы соответственно первого и второго IK-триггеров, I- и К-входы которых соединены с. шиной потенциала логической единицы, а входы сброса через элемент задержки - с выходом элемента И, являющимся вторым выходом формировате7 1345

В момент установления триггера 9 линейного разряда в "1" подтверждается состояние "1" четвертого Д-триггера 31 и пятый ключ 28 подключает генератор 4 тока периодов ко второму накопительному конденсатору 7 на время его разряда. Начинается стадия разряда второго накопительного кон-. денсатора 7. За временем разряда следит второй компаратор 33 напряжения, 1О сигнал с которого возвращает в нулевое состояние триггер 9 линейного разряда в момент разряда второго накопительного конденсатора 7 до напряжения U „ . От спада сигнала триг- 15 гера 9 линейного разряда через схему

32 выделения спада сигнала четвертый

Д-триггер сбрасывается в состояние

"0" (конец цикла измерения).

I 20

В режиме измерения f первая секция 8 ° 1 переключателя режима работы замыкает второй накопительный конденсатор 7 íà U, сигнал Т2 отсутствует. Четвертый Д-триггер 3 1 устанавливается в " 1" через элемент

ИЛИ 30 фронтом сигнала tp с триггера

9 линейного разряда. Второй накопительный конденсатор 7 разряжается от

U pp до U„„ . Цикл измерения f ана логичен описанному вьппе, формула изобретения

1. Измеритель частоты и отношения

35 частот, содержащий генератор импульсов, цифровое отсчетное устройство, счетчик, выход которого соединен с входом цифрового отсчетного устройства, а второй вход — с выходом ге- 40 нератора импульсов, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены первый и второй блоки выделения

N периодов, формирователь начала Раэ- 45 ряда, генератор тока периодов, первый накопительный конденсатор, заряд. но-разрядная схема, второй накопительный конденсатор, двухсекционньц переключатель режима работы и триггер линейного разряда, при этом первый и второй входы устройства подключены соответственно к первым вхолам первого и второго блоков вьделения N периодов, вторые входы которых соединены с шиной запуска устройства, выход первого блока вьделения N периодов соединены с первыми входами генератора тока периодов и формирователя начала разряда, второй вход которого соединен с выходом второго блока выделения N периодов и первым входом зарядно-разрядной схемы, первый выход и третий вход формирователя начала разряда соединены между собой второй секцией переключателя режима работы, а второй выход подключсн к первому входу триггера линейного разряда, второй вход которого соединен с выходом зарядно-разрядной схемы, а выход — с первым входом счетчика и вторыми входами генератбра тока периодов и зарядноразряднлй схемы, третий вход которой соединен с выходом генератора тока периода, а четвертый вход — с подвижным контактом первой секции переключателя режима работы, неподвижные контакты которого соединены соответственно с шиной начального напряжения и с шиной опорного потенциала, причем третий вход генератора тока периода соединен через первый накопительный конденсатор с общей шиной, которая через второй накопительный конденсатор соединена с пятым входом генератора тока периодов.

2. Измеритель по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что блок вьделения N периодов содержит первый компаратор напряжения, первый и второй

Д-триггеры, первым входом блока выделения N периодов является вход первого компаратора, выход которого соединен с тактовым входом второго

Д-триггера, выход которого является выходом блока выделения N периодов, вторым входом которого является установочный вход первого Д-триггера, Д-вход которого соединен с общей шиной, тактовый вход — с Д-входом и инверсным выходом второго Д-триггера, вход сброса которого соединен с инверсным выходом первого Д-триггера.

1345131

10 ля начала разряда, первым выходом которого является выход второго IKтриггера, а третьим входом — первый вход элемента И, второй вход которо- го соединен с выходом первого IKтриггера.

4. Измеритель по п, 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что генератор ! тока периодов содержит первый и вто:, 10 рой ключи, третий Д-триггер, первую схему выделения спада сигнала, преобразователь напряжения в ток разряда и первый источник тока, первым входом генератора тока периодов является 15 управляющий вход первого ключа, соединенный с тактовым входом третьего

Д-триггера, Д-вход которого соединен с шиной потенциала логической единицы, вход сброса через первую схему 20 выделения спада сигнала — с вторым входом генератора тока периодов, а выход - с управляющим входом второго ключа, вход которого соединен с шиной начального напряжения, а выход, яв- 25 ляющийся третьим входом генератора тока периодов, — через первый ключ и первый источник тока с общей шиной, а через преобразователь напряжения в ток разряда — с выходом генерато- ЗО ра тока периодов.

5. Измеритель по п, 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что зарядноразрядная схема содержит третий, четвертый и пятый ключи, второй источник тока, элемент ИЛИ, четвертый

Д-триггер, схему выделения спада сигнала и второи комларатор напряжения, первым входом зарядно-разрядной схемы являются соединенные между собой управляющий вход третьего ключа и первый вход элемента ИЛИ, второй вход которого является вторым входом зарядно-разрядной схемы и соединен с управляющим входом пятого ключа и входом схемы выделения спада сигнала, выход которой соединен с входом сброса четвертого Д-триггера, тактовый вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, Д-вход — с шиной потенциала логической единицы, а выход — с управляющим входом четвертого ключа, вход которого является четвертым входом зарядно-разрядной схемы а выход, являющийся пятым входом зарядно-разрядной схемы, соединен через третий ключ с вторым источником тока, непосредственно с выходом пятого ключа, а через второй компаратор — с выходом зарядно-разрядной схемы, третий вход которой соединен с входом пятого ключа.

134513! фиа.З видас

От

dn

Фиг. 5

1345131

0m de

Фиг б

JO0 нОЧкуУ

Составитель Е,Соловьев

Техред И.Попович Корректор M.Демчик

Редактор Л.Повхан

Заказ 4915/44

Тираж 730 .Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, >К-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгороц; ул, Проектная 4

"У