SU1107261A1 - Умножитель частоты - Google Patents

Abstract

УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, содержа-щий последовательно соединенные источник симметричного пр моугольного напр жени , формирователь напр жени  треугольной формь, амплитудный детектор и блок сравнени , выход источника симметричного пр моугольного напр жени  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, пр мой выход которого  вл етс  выходом умножител  частоты, отличающийс  тем, что, с целью повышени  стабильности коэффициента умножени , введены последовательно соединенные первый однополупериодный выпр митель, первый управл емый аттенюатор и вычитатель, последовательно соединенные второй однополупериодный выпр митель и второй управл емый аттенюатор, выход которого подключен к другому входу вычитател , выход которого подключен к другому входу блока сравнени , а также введены блок установки нул , 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 демодул тор, выход которого подключен к управл ющему входу первого управл емого аттенюатора , последовательно соединенные второй дополнительный триггер, второй элемент И и второй демодул тор, выход которого подключен к управл ющему входу второго управл емого аттенюатора, введен также третий дополнительный дифференцирующий блок, вход которого подключен к выходу блока сравнени , 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 нул , 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 нул ,выход источника симметричного пр моугольного напр жени  подключен .также к входам блока установки нул , первого дополнительного инвертора и к управл ющему входу первого демодул тора , управл ющий вход второго демодул тора подключен к выходу первот го дополнительного инвертора, выход формировател  напр жени  треугольной формы подключен также к входам первого и второго однополупериодных выпр мителей и к входу нуль-органа, выход которого подключен к входам первого дополнительного дифференцирующего блока и второго дополнительного инвертора, при этом пр мой

Description

выход выходного триггера подключен к другому входу первого элемента И,

а инверсный выход - к другому входу второго элемента И.

Изобретение относитс  к радиоте нике и может быть использовано в устройствах, предназначенных дл  умножени  частоты с использованием источника симметричного пр моуголь ного напр жени  Опорной частоты, и измерительной технике. Известен умножитель частоты, содержаиций формирователь напр же ни  треугольной формы, а также два блока сравнени , первые вход которых соединены с соответствуютими выходами формировател  опорн напр жений СИ. Однако этот умножитель частоты имеет низкую стабильность коэффици та умножени . Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  умножитель частоты, содержащий последовательно соединенные источни симметричного пр моугольного напр  жени , формирователь напр жени  треугольной формы, амплитудный детектор и блок сравнени , выход источника симметричного пр моугольного напр жени  подключен также к входу дифференцирующего блока, выхо которого соединен с входом инвертор и с первым входом элемента ИЛИ, вто рой вход которого подключен к выходу инвертора, выход элемента ИЛИ соединен со счетным входом выходног триггера, пр мой выход которого  вл етс  выходом умножител  частоты а также другой блок сравнени , один вход которого подключен к другому выходу амплитудного детектора, при этом вторые входы блоков сравнени  подключены к выходу формировател  напр жени  треугольной формы, а выходы - к соответствующим входам элемента ИЛИ С21. Однако известный умножитель частоты обеспечивает недостаточно высокую стабильность коэффициента умножени . Цель изобретени  - повышение iстабильности коэффициента умножени  Цель достигаетс  тем, что в умно житель частоты, содержащий последовательно соединенные источник симметричного пр моугольного напр жени формирователь напр жени  треугольно формы, амплитудный детектор) и блок сравнени , выход источника симметри ного пр моугольного напр жени  подключен также к входу дифференцир 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, пр мой выход которого  вл етс  выходом умножител  частоты, введены последовательно соединенные первый однополупериодный выпр митель, первый управл емый аттенюатор и вычитатель, последовательно соединенные второй однополупериодный выпр митель и второй управл емый аттенюатор, выход которого подключен к другому входу вычитател , выход которого подключен к .другому входу блока сравнени , а также введены блок установки нул , 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 демодул тор , выход которого подключен к управл ющему входу первого -управл емого аттенюатора, последовательно соединенные второй дополнительный триггер, второй элемент И и второй демодул тор,, выход которого подключен к упра вл ющему входу второго управл емого аттенюатора, а также введен третий дополнительный дифференцирующий блок, вход которого подключен к выходу блока сравнени , а выход - к третьему входу элемента ИЛИ 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 нул , 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 нул , выход источника симметричного пр моугольного напр жени  подключен также к входам блока устанрвки нул , первого дополнительного

инвертора и к управл ющему входу первого демодул тора, управл ющий вход второго демодул тора подключен к выходу первого дополнительного инвертора, выход формировател  напр жени  треугольной формы подключен также к входам первого и второго однополупериодных выпр мителей и к входу нуль-органа, выход которого подключен к входам первого дополнительного дифференцирующего блока и второ го дополнительного инвертора, при этом пр мой выход выходного триггера подключен к другому входу первого элемента И, а инверсный выход - к другому входу второго элемента И.

На фиг. 1 представлена структурна  электрическа  схема умножител  частоты; на фиг. 2 и 3 - диаграммы, по сн ющие его работу.

Умножитель частоты содержит источник 1 симметричного пр моугольного напр жени , блок 2 установки нул , формирователь 3 напр жени  треугольной формы, нуль-орган 4, амплитудный детектор; 5, первый и второй однополупериодные выпр мители 6 и 7, первый и второй управл емые аттенюаторы 8 и 9, вычитатель 10, блок 11 сравнени , дифференцирующий блок 12, инвертор 13, элемент ИЛИ 14, выходной триггер 15, первый,второй и третий дополнительные дифференцирующие . блоки 16 - 18, первый, второй и третий дополнительные инверторы 19 - 21 первый и второй дополнительные триггеры 22 и 23, первый и второй элемен ты И 24 и 25, первый и второй демодул торы 26 и 27.

Умножитель частоты работает следующим образом.

Напр жение с выхода источника

1симметричного пр моугольного напр  жени  (фиг.2а)поступает на вход блока

2установки нул , в котором за произвольный промежуток времени фиг.2) пр моугольное напр жение формируетс 

в треугольное напр жение (фиг . 2сГ)| затем в пр моугольные импульсы (фиг.26) и в виде положительных импульсов (фиг. 22)напр жение с выходов блока 2 установки нул  подаетс  на нулевые входы первого и второго дополнительных триггеров 22 и 23, устанавлива  их в состо ние, при котором на их выходах присутствуют нулевые потенциалы (фиг. 2ч,oi).

Напр жение с выходла источника 1 симметричного пр моьгольного напр жени  (фиг. 2а поступает также на вход формировател  3 напр жени  треугольной формы. С его выхода напр жение (фиг. 2е ;оступает на амплитудный детектор 5, на первый и второй однополупериодные выпр мители 6 и 7 и на. нуль-орган 4. На выходе амплитудного детектора 5 формируетс  посто нное напр жение (фиг. 2 -пр ма  лини ), KOTOpde полаетс  на блок 11

сравнени . На выходе первого однополупериодного выпр мител  6 формируютс  треугольные импульсы напр жени  отрицательной пол рности фиг.2и, соответствующие по фазе отрицательным полупериодом треугольного напр жени  (фиг. 2&). На выходе второго однополупериодного выпр мител  7 формируютс  треугольные импульсы напр жени  положительной пол рности (фиг. 2«), соответствующие по фазе положительным полупериодам треугольного напр жени  (фиг. 2е) .

С выходов первого и второго однополупериодных выпр мителей 6 и 7 .импульсы проход т соответственно через первый и второй управл емые аттенюаторы 8 и 9 и поступают на входы Бычитател  10. в результате на выходе вычитател  10 формируетс  периодическое треугольное напр жение (фиг. 2к - треугольна  лини ), частота которого вдвое выше частоты формировател  3 напр жени  труегольной форг./ы.

В блоке 11 сравнени  происходит сравнение посто нного напр жени  с выхода, амплитудного детектора 5 и треугольного напр жени  с выхода вычитател  10. Величина посто нного напр жени  с выхода амплитудного детектора 5 устанавливаетс  равной 0,33 от амплитуды выходного треугольного напр жени  вычитател  10(например , с помощью делителей, которые могут быть установлены как в выходны цеп х амплитудного детектора 5, так и во входных цеп х блокс 11 сравнени ). На выходе блока 11 сравнени  формируетс  пр моугольное напр жение с широтно-импульсной модул цией (фиг.2н), которое дифференцируетс  в третьем дополнительном дифференцирующем блоке 18 (фиг. 20) и инвертируетс  третьим дополнительным инвертором 21 (фиг. 2п). Выходное напр жение источника симметричного пр моугольного напр жени  1 дифференцируетс  дифференцирующим блоком 12 (фиг. 2л) и инвертируетс  инвертором 13 (фиг. 2м). Положительные импульсы, полученные в результате дифференцировани  и инвертировани  пр моугольного напр жени  1;фиг.2а)и пр моугольного широтно-импульсЕюго напр жени  (фиг. 2 н), подаютс  на элемент ИЛИ 14, на выходе которого формируетс  периодическа  последовательность положительных импульсов (фиг. 2-г) . Эти импульсы подаютс  на счетный вход выходного триггера 15, на выходах которого формируетс  периодическое симметричное напр жение пр моугольной формы сФиг. 2ц - пр мой выход, фиг. 2ф- ьнверсный выход V

Частота выходного напр жени  выходного триггера 15 в три раза выше частоты симметричного пр моугольного напр жени  источника 1 симметричного пр моугольного напр жени  (фиг. 2а). Дл  того, чтобы На пр мом выходе выходного триггера 15 начало формировани  симметричного пр моугольного напр жени  соответствовало положительному фронту источника 1 симметри -ЮГО пр моугольного напр жени , на . установочный вход выходного триггера 15 подаютс  импульсы с выхода дифференцирующего блока 12(фиг.2и). Положительными импульсами с его выхода соответствующими положительному фрон ту напр жени  (фиг. 2а, выходной триггер 15 устанавливаетс  в положение , при котором на его пр мом выходе формируетс  положительное напр жение (фиг. 2у) . Положительными импульсами с выхода дифференцирующего блока 12 (фиг. 2ы переключаетс  до положительного напр жени  на выходе первый дополни- ; тельный триггер 22 (фиг. 2ч). Положительными импульсами с выхода инвертора 13 (фиг.2м)переключаетс  до положительного напр жени  на выходе второй дополнительный триггер 23 фиг. 21ц) .Положительными импульсами с выхода первого дополнительного дифференцирующего блока 16 (фиг. 2х), соответствующими положительным фронтам выходных импульсов с нуль-органа 4 фиг.(2р), переключаетс  первый дополнительный триггер 22 в исходное состо ние, т.е. до нулевого уровн  напр жени  на выходе(фиг.2ч) . Положительными импульсами с выхода второ го дополнительного дифференцирующего блока 17 (фиг. 2ц,), соответствующими положительным фронтам выходных импул сов с второго дополнительного инвертора 20 (фиг. 2с) , переключаетс  второй дополнительный триггер 23 в исходное состо ние, т.е. до нулевого уровн  напр жени  на выходе(фиг.2щ). На входы первого элемента И 24 поступают положительные импульсы с выхода первого дополнительного триггера 22 (фиг. 2ч) и с пр мого выхода выходного триггера 15 (фиг. 2ц) . Поскольку эти импульсы совпадают во времени, то на выходе первого элeмeн та И 24 формируютс  периодические положительные импульсы (фиг. 2щ.), длительность которых равна длительности положительных полупериодов пр моугольного напр жени  с пр мого выхода выходного триггера 15(фиг.2ц1. Импульсы с выхода первого элемента И 24 поступают на первый демодул  тор 26, где формируетс  соответствую ща  их ширине посто нна  составл юща . Выходное посто нное напр жение первого демодул тора 26 поступает на управл ющий вход первого управл е мого аттенюатора 8, устанавлива  определенный коэффициент передачи, т.е. амплитуду передаваемых отрицательных пилообразных импульсов (фиг. 2ц). На входы второго элемента И 25 поступают положительные импульсы с выхода второго дополнительного триггера 23 (фиг. 21ц)и с инверсного выхода выходного триггера 15(фиг.2ср). Так . как эти импульсы совпадают во времени, то на выходе второго элемента И 25 формируютс  периодические положительные импульсы(фиг.2э) i длительность которых равна длительности положительных полупериодов пр моугольного напр жени  с инверсного выхода выходного триггера 15 (фиг. 2ф). Импульсы с выхода второго элемента И 25 поступают на второй демодул тор 27, где формируетс  соответствующа  их ширине посто нна  составл юща . Выходное посто нное напр жение второго демодул тора 27 поступает на управл ющий вход второго управл емого аттенюатора 9, устанавлива  определенный коэффициент передачи, т.е. амплитуду передаваемых положительных пилообразных импульсов (фиг. 2й4). Коэффициенты передачи первого и второго управл емых аттенюаторов 8 и 9 должны быть установлены равными. Если на выходах первого и второго однополупериодных .выпр мителей б и 7 формируютс  одинаковые пилообразные импульсы, то на выходе вычитател  10 формируетс  симметричное пилообразное напр жение, т.е. амплитуды соседних пилообразных импульсов равны (фиг. 2к). В этом случае на выходе выходного триггера 15 формируетс  симметричнре пр моугольное напр жение , т.е. все периоды этого напр жени  равны, значит мгновенное значение частоты выходного напр жени  выходного триггера 15 равно устроенН9му значению частоты напр жени  источника 1 симметричного пр моугольного напр жени  (фиг. 2ц). Предположим , что коэффициенты передачи первого и второго управл емых аттенюаторов 8 и 9 равны и не измен ютс . Если в результате нестабильности преобразованного сигнала (Фиг. За,) на выходе,например, первого однополупериодного выпр мител  б амплитуда пилообразных импульсов увеличилась (фиг.Зг), то на выходе вычитател  10 формируетс  несимметричное пилообразное напр жение (фиг. 3q). Это приводит к изменению соотношени  увеличенной амплитуды импульсов пилообразного напр жени , формируемых первым однополупериодным выпр мителем 6, с величиной опорного напр жени  с выхода амплитудного детектора 5. На выходе блока 11 сравнени  сформированные широтномодулированные импульсы имеют разную относительную продолжительность в разные периоды (фиг. Зе). На выходе элемента ИЛИ 14 формируетс  последовательность импульсов с фазовой моду л цией(фиг.Зк,т.е. импульсы поступают на счетный вход выходного триггера 15 через раз.ные промежутки времени и соответственно этим импуль сам срабатывает выходной триггер 15 на выходе которого формируетс  пр мо угольное напр жение с модул цией по частоте (фиг.3 л,м). В результате этого измен етс  мгновенное значение частоты напр жени  на пр мом выходе выходного триггера 15, т.е. измен етс  мгновенное значение коэффициента умножени  частоты. Дл  стабилизации коэффициента умножени  частоты в умножителе часто ты проделываютс  следующие преобразо вани  сигналов. Положительным импульсом с выхода дифференцирующего блока 12 переключаетс  первый дополнительный тригге 22 в состо ние, когда на его выходе устанавливаетс  положительный потен циал (фиг. Зц). Положительным импульсом с выхода первого дополнительного дифференцирующего блока 16, соответствующим переднему фронту импульса с выхода нуль-органа 4 фиг.(Зж),первый допол нительный триггер 22 переключаетс  в исходное состо ние. Положительные импульсы с выхода первого дополнительного триггера 22 (фиг. 3f4) и импульсы с пр мого выхода выходного триггера 15/фиг.Зи)поступают на вхо ды первого .элемента И 24. Положительные импульсы напр жени  с пр мо го выхода входного триггера 15(фиг. совпадают во времени с положительными импульсами с выхода первого дополнительного триггера 22(фиг.3ч) В результате на выходе первого элемента И 24 формирузтс  последовател ность положительных импульсов (фиг.Зп), длительность которых равна длительности положительных полупериодов пр моугольного напр же ни  с пр мого выхода выходного .триггера 15 (фиг. Зл) . Причем длительность этих импульсов увеличиваетс  с увеличением амплитуды Соответствующих треугольных импульсов напр жени , действующих на входе блока 11 сравнени  (фиг. , по сравнению с соседним периодом треугольного напр жени . Поэтому на выходе первого демодул тора 26 формируетс  посто нное напр жение более высокого уровн  по сравнению со случаем , когда отсутствует нестабильность первого однополупериодного выпр мител  б(фиг.Зй). Этим выходным напр жением первого демодул тора 26регулируетс  коэффициент передачи первого управл емого аттенюатора 8, в данном случае уменьшаетс , дл  того, чтобы уменьшить увеличенную амплитуду треугольных импульсов с выхода первого однополупериодного выпр мител  6. В результате такой регулировки коэффициента передачи первого управл емого аттенюатора 8 стабилизируетс  мгновенное значение частоты пр моугольного напр жени  на выходе выходного триггера 15. При возможном изменении выходного напр жени  второго 9ДНополупериодного выпр мител  7 регулировка второго управл емого аттенюатора 9 Происходит аналогично с помощью второго дополнительного триггера 23, второго элемента И 25 и второго демодул тора 27(фиг. ЗО,Р). Таким образом, в предлагаемом умножителе частоты стабилизируетс  коэффициент умножени  частоты при . возможных нестабильност х первого и второго однополупериодных выпр мителей 6 и 7. Следовательно, по сравнению с известным устройством предлагаемый умножитель частоты обладает новым качеством - более высокой стабильностью коэффициента умножени  частоты . Технико-экономический эффект заключаетс  в том, что по сравнению с базовым образцом предлагаемый умножитель частоты  вл етс  более быстродействующим, более точным,. так как не требует калибровок при работе, и  вл етс  значительно дешевле , что экономически оправдывает его применение в аппаратуре специального назначени .

I I I I .,... i..,,. .. I1II

г11,

. A. A. A. A. A. A. A.

/ / A/ / / / .

-til

о. i . . iIt . « . « .

IIIII1II

/7 I .I .I .I . .I . .

IПIПI

7 1I1I1-i-t

С 1 1I I I I I I I I I I t I I i I i j I i I i I I

у 1л 111гт-Г1Г1Л-Г1Лp JJIJ JlJlJlXLTLrLTLrLr 1,-j,11e ,111

v

Фиг.г

I I П:

8

- , ,

ХлЛАЛлЛ/

-V V V V V V V -IIIIIIII -1 Г

:-. I I1IГ.. I

Ii1IIIIIII II t IiIIttII.

rimijnjTnjTJbn LJTJlJTJLrirUiar , rn Z3en.

n rnm ED.CD

,JDJ Cl

Фиг.З

Claims (1)

1. УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, содержащий последовательно соединенные источник симметричного прямоугольного напряжения, формирователь напряжения треугольной формы, 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 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, отлич ающий с я 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 до полнительный 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 дополнитель ного 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 установки нуля, первого дополнительного ^инвертора и к управляющему входу первого демодулятора, управляющий вход второго демодулятора подключен к выходу перв 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 выход выходного триггера подключен к другому входу первого элемента И, а инверсный выход - к другому входу второго элемента И.