RU187474U1

RU187474U1 - Утроитель частоты

Info

Publication number: RU187474U1
Application number: RU2018133788U
Authority: RU
Inventors: Евгений Борисович Колесников
Original assignee: Евгений Борисович Колесников
Priority date: 2018-09-24
Filing date: 2018-09-24
Publication date: 2019-03-06

Abstract

Полезная модель относится к радиотехнике и связи и может быть использована в качестве умножителя частоты.Техническим результатом заявляемой полезной модели является расширение динамического диапазона входного напряжения утроителя частоты.Утроитель частоты содержит делитель, амплитудный детектор, сумматор, квадратор и первый и второй перемножители, причем вход квадратора соединен со вторыми входами перемножителя и сумматора, первый вход которого соединен с выходом перемножителя, первый вход которого соединен с выходом квадратора, вход утроителя частоты подключен к первому входу делителя и входу амплитудного детектора, выход которого соединен со вторым входом второго перемножителя и вторым входом делителя, выход которого подключен к входу квадратора, а выход сумматора подключен к входу второго перемножителя, выход которого соединен с выходом утроителя частоты. 2 ил.

Description

Полезная модель относится к радиотехнике и связи и может быть использована в качестве умножителя частоты.

Известен утроитель частоты [Авторское свидетельство СССР №1229946 МПК Н03В 19/14, опубл. 15.04.1981 г.], содержащий три компаратора, три одновибратора, устройство выборки-хранения, делитель, два управляемых интегратора, два сумматора, инвертор и источник постоянного напряжения, минусовой зажим которого соединен с общей шиной, а плюсовой - со вторым входом первого сумматора, к выходу которого подключены первый вход второго управляемого интегратора и второй вход второго сумматора, выход которого соединен с неинвертирующим входом третьего компаратора, выход которого соединен с выходом утроителя частоты, входная шина которого соединена с первыми входами устройства выборки-хранения и делителя и неинвертирующим входом первого компаратора, к выходу которого подключен первый вход первого сумматора, между выходом которого и первым входом первого управляемого интегратора включен инвертор, при этом первый одновибратор включен между выходом первого компаратора и вторым входом первого управляемого интегратора, второй одновибратор включен между выходом второго компаратора и вторым входом устройства выборки-хранения, а третий одновибратор включен между выходом первого компаратора и вторым входом второго управляемого интегратора, выход которого соединен с неинвертирующим входом второго компаратора, инвертирующий вход которого соединен с выходом первого управляемого интегратора, причем к выходу устройства выборки-хранения подключен второй вход делителя, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, а инвертирующие входы первого и третьего компараторов соединены с общей шиной.

Недостатком данного устройства то, что на его выходе формируется напряжение прямоугольной формы, а не гармонический сигнал, частота которого в три раза превышает частоту входного гармонического сигнала.

Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является утроитель частоты [Патент №2628255 РФ, МПК Н03В 19/14, опубл. 15.08.2017 г.], содержащий делитель, сумматор, компаратор, одновибратор, устройство выборки-хранения, блок возведения в степень и дифференцирующий блок, выход которого соединен с инвертирующим входом компаратора, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, при этом входная шина утроителя частоты соединена со вторым входом сумматора, первым входом блока возведения в степень, входом дифференцирующего блока и первым входом устройства выборки-хранения, выход которого соединен со вторым входом блока возведения в степень, первый и второй выходы которого соединены, соответственно, с первым и вторым входами делителя, к выходу которого подключен первый вход сумматора, выход которого соединен с выходной шиной утроителя частоты.

Блок возведения в степень содержит первый квадратор, перемножитель и второй квадратор, включенный между вторым входом и вторым выходом блока возведения в степень, первый вход которого соединен с входом первого квадратора и вторым входом перемножителя, выход которого соединен с первым выходом блока возведения в степень, при этом первый вход перемножителя подключен к выходу первого квадратора.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Недостатком данного утроителя частоты является узкий рабочий диапазон входного напряжения. Это связано с тем, что обычный перемножитель напряжений, используемый в устройстве в качестве квадратора и реализующий уравнение U_вых=U_xU_y/10, имеет коэффициент передачи m_п=0,1. В результате чего при возведении в куб уже U_вх=0,1 В выходное напряжение U_вых первого перемножителя (блока возведения в степень) будет составлять

что с учетом коэффициента сигнал/шум значительно нижней границей рабочего диапазона полезного сигнала. Следовательно, нижний порог входного напряжения блока возведение в степень будет определяться уровнем напряжения шумов его выходного напряжения.

Если принять нижнюю границу рабочего диапазона выходного полезного сигнала перемножителя 0,001 В, то нижний порог входного напряжения блока возведение в степень, а, следовательно, и входного напряжения утроителя частоты, составит:

Тогда при максимальном значении входного напряжения перемножителя, равного U_{вх max}=10 В, динамический диапазон входного напряжения устройства составит всего

Повысив искусственно (схемотехнически) коэффициент передачи перемножителя, например, до единицы m_п=1, приведет к пропорциональному снижению верхней и нижней границ диапазона входного напряжения и совсем не повлияет на его динамический диапазон:

где

Техническим результатом заявляемой полезной модели является расширение динамического диапазона входного напряжения утроителя частоты.

Указанный технический результат достигается тем, что в известный утроитель частоты, содержащий делитель, сумматор, квадратор и первый перемножитель, причем вход квадратора соединен со вторыми входами перемножителя и сумматора, первый вход которого соединен с выходом перемножителя, первый вход которого соединен с выходом квадратора, дополнительно введены амплитудный детектор и второй умножитель, причем вход утроителя частоты подключен к первому входу делителя и входу амплитудного детектора, выход которого соединен со вторым входом второго перемножителя и вторым входом делителя, выход которого подключен к входу квадратора, а выход сумматора подключен к входу второго перемножителя, выход которого соединен с выходом утроителя частоты.

Существенными отличиями предлагаемого утроителя частоты являются введение амплитудного детектора и второго умножителя. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение заявляемого технического результата.

Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена функциональная схема утроителя частоты, на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений

Утроитель частоты (фиг. 1) содержит делитель 1, амплитудный детектор 2, квадратор 3, первый 4 и второй 5 перемножители и сумматор 6.

Утроитель частоты работает следующим образом. Входное синусоидальное напряжение

подается на первый вход делителя 1 и вход амплитудного детектора 2, на выходе которого формируется напряжение равное амплитуде входного U_m, которое подается на второй вход делителя 1. В результате деления в делителе 1 входного напряжения

на его амплитудное значение U_m, на его выходе формируется синусоидальное напряжение с единичной амплитудой (фиг. 2):

При этом коэффициент передачи делителя принят равным m_д=1.

Таким образом, амплитуда входного напряжения стабилизируется на единичном уровне вне зависимости от амплитуды входного напряжения

.

После возведения в квадрат в квадраторе 3 напряжения

на его выходе формируется напряжение (фиг. 2):

При этом коэффициент передачи перемножителя принят равным m_п=1. В результате перемножения в первом перемножителе 4 напряжений

на его выходе формируется напряжение

, равное напряжению

в кубе (фиг. 2):

В сумматоре 6 напряжения

складываются, причем коэффициент передачи сумматора по первому входу составляет - 4, а по второму 3. В результате на выходе сумматора 6 формируется напряжение

в соответствии с тригонометрическим тождеством, частота которого в три раза выше частоты входного напряжения

(фиг. 2):

Во втором перемножителе 5 происходит перемножение напряжения

с выходным напряжением амплитудного детектора U_m. В результате на выходе второго перемножителя 5 и на выходе утроителя частоты формируется напряжение

(фиг. 2):

Таким образом, во втором перемножителе 5 происходит восстановление текущей амплитуды входного напряжения утроителя, а на его выходе формируется синусоидальное напряжение

с частотой в три раза большей частоты входного напряжения

.

Благодаря применению в предлагаемой полезной модели утроителя стабилизации амплитуды входного напряжения его динамический диапазон составит:

где U_{вх max}=10 В; U_{вх min}=0,001 В,

что примерно в три раза больше, чем у прототипа.

При использовании в заявляемом утроителе стандартных значений коэффициентов передачи перемножителя m_п=0,1 и делителя m_д=10, не повлияет на динамический диапазон устройства с той лишь разницей, что стабилизация амплитуды будет происходить на уровне 10 В.

Таким образом, применение в утроителе частоты амплитудного детектора и второго умножителя позволяет добиться требуемого технического результата - расширение динамического диапазона входного напряжения.

При практической реализации предлагаемого устройства амплитудный детектор 2 можно выполнить по одной из известных схем (А. Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: БИНОМ, 1994, стр. 292, рис. 11.17; стр. 304, рис. 11.29). В качестве перемножителей напряжений 4, 5 можно использовать микросхему К525ПС3. При построении квадратора 3 можно использовать перемножитель напряжений с коэффициентом передачи равным единицы, выполненный на микросхеме КР525ПС3 (Коломбет Е.А. Микроэлектронные средства обработки аналоговых сигналов. - М.: Радио и связь, 1991, стр. 75, рис. 3.12, а), объединив входы х и у. Делитель 1 можно выполнить на операционном усилителе (ОУ), включив перемножитель напряжений на микросхеме К525ПС3 в цепь его отрицательной обратной связи. Сумматор 6 представляет собой параллельный (дифференциальный) сумматор на ОУ с соответствующими коэффициентами передачи по входам.

Claims

Утроитель частоты, содержащий делитель, сумматор, квадратор и первый перемножитель, причем вход квадратора соединен со вторыми входами перемножителя и сумматора, первый вход которого соединен с выходом перемножителя, первый вход которого соединен с выходом квадратора, отличающийся тем, что в него дополнительно введены амплитудный детектор и второй перемножитель, причем вход утроителя частоты подключен к первому входу делителя и входу амплитудного детектора, выход которого соединен со вторым входом второго перемножителя и вторым входом делителя, выход которого подключен к входу квадратора, а выход сумматора подключен к входу второго перемножителя, выход которого соединен с выходом утроителя частоты.