Умножитель частоты

 

Союз Советскык

Соцмапистическнк

Республик

ОП ИСДНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.

<»923001

1 (6I ) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 08.08.80 (21) 2971390/18-09 с присоединением заявки .% (28) Приоритет— (5 l ) Ы. Кд.

Н 03 В 19j10

Геоударстеенный комитет

СССР ла делам изобретений и открытий

Опубликовано 23.04.82, Бюллетень J% 1

Дата опубликования описания 23.04.82 (53) УД К 621.313. .42 (088.8),(72) Автор изобретения

А. Г. Седухин

Институт автоматики и электрометрии Сибирского от

АН СССР (71) Заявитель (54) УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для умножения частоты в системах автоматики, измерительной и импульсной технике.

Известен умножитель частоты, содержащий последовательно соединенные фильтр нижних частот, управляемый генератор, делитель частоты и импульсно-фазовый детектор, первый и второй выходы которого подключены соответственно к входам первого и второго генераторов тока, выходы которых объединены. и нбдключены к входу фильтра нижних частот, а также преобразователь периода в напряжение, сигнальный вход которого объединен с другим входом импульсно-фазового детектора и является входом умножаемой частоты (1).

Однако известный умножитель характеризу ется повышенным значением паразитной частотной модуляции выходного сигнала.

Цель изобретения — уменьшение паразитной частотной модуляции выходной частоты в установившемся режиме.

Для этого в умножитель частоты, содержащий последовательно соединенные фильтр нижних частот, управляемый генератор, делитель частоты и импульсно-фазовый детектор, первый

5 и второй выходы которого подключены соответственно к входам первого и второго генераторов тока, выходы которых объединены и подключены к входу фильтра нижних частот, а также преобразователь периода в напряжето ние, сигнальный вход которого объединен с другим входом импульсно-фазового детектора и является входом умножаемой частоты, введены последовательно соединенные индикатор рассогласования и ключ, а также последовательно соединенные преобразователь напряжения

15 в период и счетчик, выход которого соединен с входом предварительной записи делителя частоты, первый и второй выходы.преобразователя периода в напряжение подключены соответ

20 ственно к входу преобразователя напряжения в период и к другому входу ключа, выход которого соединен с дополнительным входом фильтра нижних частот, первый, второй и третий выходы индикатора рассогласования

923001 соединены соответственно с входом синхронизации делителя частоты, с управляющим входом преобразователя периода в напряжение и. с входом сброса импульсно-фазового детектора, вход синхронизации счетчика соединен с сигнальным входом преобразователя периода в напряжение, а первый-и. второй входы индикатора рассогласования подключены соответственно к первому и второму выходам импульснофазового детектора.

Кроме того, индикатор рассогласования выполнен в виде последовательно соединенных второго фильтра нижних частот, одновибратора и элемента ИЛИ, к другому входу которого подключен выход третьего фильтра нижних частот, при этом первым и вторым входами индикатора рассогласования являются соответственно входы второго и третьего фильтра нижних частот, а первым, вторым и третьим выходами индикатора рассогласования являются соответственно выходы элемента

ИЛИ, третьего фильтра нижних частот и одно- вибратора.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого умножителя; на фиг, 2 — принципиальная электрическая схема индикатора рассогласования; на фиг. 3— диаграммы, поясняющие работу устройства.

Умножитель частоты содержит импульснофазовый детектор 1, первый и второй генераторы 2 и 3 тока, первый фильтр нижних частот (ФНЧ)4, управляемый генератор 5, делитель 6 частоты, преобразователь 7 периода в напряжение, преобразователь 8 напряжения в период, ключ 9, счетчик 10, индикатор 11 рассогласования, состоящий из второго ФНЧ 12, одновибратора 13, третьего ФНЧ.14 и элемента

ИЛИ 15.

Устройство работает следующим образом.

В установившемся режиме при отсутствии девиации входной частоты фронты импульсов входной частоты (фиг. 2а) и частоты обратной связи (фиг. 2б), снимаемые с выхода делителя 6 частоты, совпадают. На выходах импульсно-фазового детектора 1 при этом присутствуют короткие одинаковые по. длительности импульсы, воздействующие на управляемые разнополярные генераторы 2 и 3 тока. При одинаковых токах генераторов 2 и 3 их действие взаимно компенсируется и на конденсаторе

ФНЧ 4, изменения установившегося значения напряжения не происходит. Управляемый генератор 5 выдает сигнал постоянной частоты, большей, чем входная частота в число раз, определяемое коэффициентом деления делителя 6 частоты. При наличии девиации входной частоты, импульсно-фазовый детектор 1 выявляет соответствуюгцее рассогласование частот, однако выходная частота управляемого

55 генератора 5 оказывается слабо подверженной паразитной частотной модуляции входным сигналом, так как ФНЧ4 сглаживает высокочастотные пульсации напряжения, обусловленные девиацией входной частоты.

При резком уменьшении входной частоты в момент времени t, (фиг, 2) на выходе импульсно-фазового детектора 1 в момент tq где .интервал . времени tz — t, равен предшествующему периоду входной частоты, появляется сигнал, поступающий на вход индикатора 11 рассогласования. В момент t на втором выходе индикатора 11 рассогласования возникает сигнал (фиг. 2в), воздействующий на преобразователь 7 периода в напряжение таким образом, что с выхода последнего, подключаемого к ключу 9 (фиг. 2г), снимается линейно изменяющееся напряжение (пунктирная линия на фиг. 2r) генератора пилообразного напряжения, входящего в состав преобразователя 7.

Одновременно. сигнал с первого выхода индикатора 11 рассогласования открывает ключ 9, и с момента тз напряжение на конденсаторе ФНЧ 4 начинает изменяться, повторяя форму линейно изменяющегося напряжения генератора пилообразного напряжения, входящего в состав преобразователя 7. Этим достигается форсирование перезаряда емкости ФНЧ 4. В этом режиме система ожидает появления импульса входной частоты и с его приходом в момент tq исчезает с выхода импульсно-фазового детектора 1, а в момент т исчезает сигнал, снимаемый с первого выхода индикатора 11 рассогласования. Ключ 9 закрывается. К этому моменту на конденсаторе ФНЧ 4 фиксируется напряжение, при котором частота управляемого генератора 5 соответствует новому значению периода входной частоты (фиг. 2а). Таким образом осуществляется коррекция системы по частоте.

Для коррекции по фазе предусмотрены линейный преобразователь 8 напряжения в период, подключаемый к выходу преобразователя

7 периода в напряжение, и счетчик 10, на счетный вход которого подаются импульсы преобразователя 8 напряжения в период, а на вход сброса импульсы входной частоты. Задним фронтом импульса с первого выхода индикатора 11 рассогласования (фиг. 2в) в момент происходит перепись содержимого счетчика

10 в делитель 6 частоты. С этого момента частота и фаза выходных колебаний управляемого генератора 5 соответствуютновому значению периода входной частоты.

Аналогично происходит переходный процесс при резком увеличении входной частоты (момент t ), с той лишь разницей, что сигнал рассогласования, образующийся на выходе

5 импульсно-фазового детектора 1 (момент тт) и выявленный индикатором 11 рассогласования; вызывает появление на первом выходе индикатора 11 рассогласования импульса, длительность которого соответствует времени, необходимому для перезаряда конденсатора

ФНЧ 4 от максимального напряжения, соответствующего максимальному периоду входной частоты, до минимального, соответствующего минимальному периоду входной частоты. По заднему фронту названного импульса (момент t ) происходит перепись содержимого счетчика 10 в делитель 6 частоты. В этот же момент времени сигналом с третьего выхода индикатора 11 рассогласования осутцествляется сброс выходного сигнала импульсно-фазового детектора 1. С момента t9 частота и фаза выходного сигнала умножителя соответ. ствуютновому значению входной частоты.

Постоянные времени элементов, входящих в индикатор 11 рассогласования и определяюгцие порог его срабатывания, выбираются с учетом точности преобразователей 7, 8 периода в напряжение, напряжения в период и управляемого генератора 5, либо. задаются исходя из максимально допустимой девиации входной частоты.

И так, на основании временной диаграммы (фиг. 2), время переходного процесса t„в системе определяется следующим образом:

Тн+ тф при резком уменьшении входф-г ной частоты (отрицательный скачок), Рн+Тф t при резком увеличении входной частоты, (положительный скачок), где Тн — новое значение периода входной частоты, тф„, тф — времена задержки, вносимые элементами индикатора 11 рассогласования и. определяющие его инерционность срабатывания, тод — длительность выходного импульса индикатора 11 рассогласования при выявленном положительном скачке входной частоты.

При малых по отношению к Тн значениях

t@< тф, и toð время переходного процесса приблизительно соответствует одному периоду нового значения входной частоты Тн. В установившемся режиме дополнигельно введеннЫе элементы не оказывают возмущающего действия на систему и паразитная частотная модуляция выходного сигнала имеет незначительный уровень, определяемый соотношением девиации входной частоты и постоянной времени

ФНЧ 4.

Предлагаемый умножитель частоты имеет высокие качествегшые показатели: широкополосность, высокую точность умножения и большое быстродействие. По сравнению с наиболее прогрессивными высокоточными и широкопос импульсной фазовой автоподстройкой частоты, предлагаемый умножитель обладает значительно более высоким быстродействием.

Использование предлагаемого технического решения в измерительной аппаратуре (например, для измерения низких частот, при измерениях в условиях сильных помех) и пре.образовательной технике (например, при синтезе частот) позволяет, в сравнении с традиционным решением,. создавать более быстродействующие высокоточные устройства, выполненные на базе или с использованием предлагаемых умножителей частоты.

Формула изобретения

1. Умножитель частоты, содержаший после% довательно соединенные фильтр нижних частот, управляемый генератор, делитель частоты и импульсно-фазовый детектор, первый и второь выходы которого подключены соответственно к входам первого и второго генераторов тока, выходы которых объединены и подключены к входу фильтра нижних частот, а также преобразователь периода в напряжение, сигнальный вход которого объединен с другим вхо-. дом импульсно-фазового детектора и является входом умножаемой частоты, о т л и ч а югц и и с я тем, что, с целью уменьшения паразитной частотной модуляции выходной частоты в установившемся режиме, введены последовательно соединенные индикатор рассогласования и ключ, а также последовательно

35 соединенные преобразователь напряжения в период и счетчик, выход которого соединен с входом предварительной записи делителя частоты, первый и второй выходы преобразователя периода в напряжение подключены сосо ответственно к входу преобразователя напряжения в период и к другому входу ключа,. выход которого соединен с дополнительным входом фильтра нижних частот, первый второй и третий выходы индикатора рассогласования соединены соответственно с входом синхронизации делителя частоты, с управляющим входом преобразователя периода в напряжение и с входом сброса импульсно-фазового детектора, вход синхронизации счетчика соединен с сигнальным входом преобразователя периода в напряжение, а первый и второй входы индикатора рассогласования подключены соответственно к первому и второму выходам импульсно-фазового детектора.

2. Умножитель частоты по и. 1, о т л и ч аю ш и и с я тем, что индикатор рассогласования выполнен в виде последовательно соединенных второго фильтра нижних частот, одно- .

923001 6 лосными астатическими умножителями частоты

923001 вибратора и элемента ИЛИ, к другому входу которого подключен выход третьего фильтра нижних частот, при этом первым и вторым входами индикатора рассогласования являются соответственно входы второго и третьего фильтра нижних частот, а первым, вторым и третьим выходами индикатора рассогласования ) 2 >

Puz 1

ВНИИПИ Заказ 2608/77 Гираж 954 Подписное

Филиал ППП "Патент", .Ужгород, ул.Проектная, 4 являются соответственно выходы элемента

ИЛИ, третьего фильтра нижних частот и одновибратора, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР NÐ 295178, кл. Н 03 В 19/10, 1971 (прототип).