Умножитель частоты Советский патент 1984 года по МПК H03B19/00 

выход выходного триггера подключен к другому входу первого элемента И,

а инверсный выход - к другому входу второго элемента И.

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

Изобретение относится к радиоте нике и может быть использовано в устройствах, предназначенных для умножения частоты с использованием источника симметричного прямоуголь ного напряжения Опорной частоты, и измерительной технике. Известен умножитель частоты, содержаиций формирователь напряже ния треугольной формы, а также два блока сравнения, первые вход которых соединены с соответствуютими выходами формирователя опорн напряжений СИ. Однако этот умножитель частоты имеет низкую стабильность коэффици та умножения. Наиболее близким техническим решением к изобретению является умножитель частоты, содержащий последовательно соединенные источни симметричного прямоугольного напря жения, формирователь напряжения треугольной формы, амплитудный детектор и блок сравнения, выход источника симметричного прямоугольного напряжения 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, 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 элемента ИЛИ С21. Однако известный умножитель частоты обеспечивает недостаточно высокую стабильность коэффициента умножения. Цель изобретения - повышение iстабильности коэффициента умножения Цель достигается тем, что в умно житель частоты, содержащий последовательно соединенные источник симметричного прямоугольного напряжени формирователь напряжения треугольно формы, амплитудный детектор) и блок сравнения, выход источника симметри ного прямоугольного напряжения 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, 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 упра вляющему входу второго управляемого аттенюатора, а также введен 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, 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

инвертора и к управляющему входу первого демодулятора, управляющий вход второго демодулятора подключен к выходу первого 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 второ 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 треугольной формы, нуль-орган 4, амплитудный детектор; 5, первый и второй однополупериодные выпрямители 6 и 7, первый 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 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 демодуляторы 26 и 27.

Умножитель частоты работает следующим образом.

Напряжение с выхода источника

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

2установки нуля, в котором за произвольный промежуток времени фиг.2) прямоугольное напряжение формируется

в треугольное напряжение (фиг . 2сГ)| затем в прямоугольные импульсы (фиг.26) и в виде положительных импульсов (фиг. 22)напряжение с выходов блока 2 установки нуля подается на нулевые входы первого и второго дополнительных триггеров 22 и 23, устанавливая их в состояние, при котором на их выходах присутствуют нулевые потенциалы (фиг. 2ч,oi).

Напряжение с выходла источника 1 симметричного прямоьгольного напряжения (фиг. 2а поступает также на вход формирователя 3 напряжения треугольной формы. С его выхода напряжение (фиг. 2е ;оступает на амплитудный детектор 5, на первый и второй однополупериодные выпрямители 6 и 7 и на. нуль-орган 4. На выходе амплитудного детектора 5 формируется постоянное напряжение (фиг. 2 -прямая линия), KOTOpde полается на блок 11

сравнения. На выходе первого однополупериодного выпрямителя 6 формируются треугольные импульсы напряжения отрицательной полярности фиг.2и, соответствующие по фазе отрицательным полупериодом треугольного напряжения (фиг. 2&). 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 Бычитателя 10. в результате на выходе вычитателя 10 формируется периодическое треугольное напряжение (фиг. 2к - треугольная линия), частота которого вдвое выше частоты формирователя 3 напряжения труегольной форг./ы.

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 выходны цепях амплитудного детектора 5, так и во входных цепях блокс 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. 20) и инвертируется третьим дополнительным инвертором 21 (фиг. 2п). Выходное напряжение источника симметричного прямоугольного напряжения 1 дифференцируется дифференцирующим блоком 12 (фиг. 2л) и инвертируется инвертором 13 (фиг. 2м). Положительные импульсы, полученные в результате дифференцирования и инвертирования прямоугольного напряжения 1;фиг.2а)и прямоугольного широтно-импульсЕюго напряжения (фиг. 2 н), подаются на элемент ИЛИ 14, на выходе которого формируется периодическая последовательность положительных импульсов (фиг. 2-г) . Эти импульсы подаются на счетный вход выходного триггера 15, на выходах которого формируется периодическое симметричное напряжение прямоугольной формы сФиг. 2ц - прямой выход, фиг. 2ф- ьнверсный выход V

Частота выходного напряжения выходного триггера 15 в три раза выше частоты симметричного прямоугольного напряжения источника 1 симметричного прямоугольного напряжения (фиг. 2а). Для того, чтобы На прямом выходе выходного триггера 15 начало формирования симметричного прямоугольного напряжения соответствовало положительному фронту источника 1 симметри -ЮГО прямоугольного напряжения, на . установочный вход выходного триггера 15 подаются импульсы с выхода дифференцирующего блока 12(фиг.2и). Положительными импульсами с его выхода соответствующими положительному фрон ту напряжения (фиг. 2а, выходной триггер 15 устанавливается в положение, при котором на его прямом выходе формируется положительное напряжение (фиг. 2у) . Положительными импульсами с выхода дифференцирующего блока 12 (фиг. 2ы переключается до положительного напряжения на выходе первый дополни- ; тельный триггер 22 (фиг. 2ч). Положительными импульсами с выхода инвертора 13 (фиг.2м)переключается до положительного напряжения 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), переключается первый дополнительный триггер 22 в исходное состояние, т.е. до нулевого уровня напряжения 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) , 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. 2ч) и с прямого выхода выходного триггера 15 (фиг. 2ц) . Поскольку эти импульсы совпадают во времени, то на выходе первого элeмeн та И 24 формируются периодические положительные импульсы (фиг. 2щ.), длительность которых равна длительности положительных полупериодов прямоугольного напряжения с прямого выхода выходного триггера 15(фиг.2ц1. Импульсы с выхода первого элемента И 24 поступают на первый демодуля тор 26, где формируется соответствую щая их ширине постоянная составляющая. Выходное постоянное напряжение первого демодулятора 26 поступает на управляющий вход первого управляе мого аттенюатора 8, устанавливая 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 формируются периодические положительные импульсы(фиг.2э) i длительность которых равна длительности положительных полупериодов прямоугольного напряжения с инверсного выхода выходного триггера 15 (фиг. 2ф). 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. 2й4). 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 устроенН9му значению частоты напряжения источника 1 симметричного прямоугольного напряжения (фиг. 2ц). Предположим, что коэффициенты передачи первого и второго управляемых аттенюаторов 8 и 9 равны и не изменяются. Если в результате нестабильности преобразованного сигнала (Фиг. За,) на выходе,например, первого однополупериодного выпрямителя б амплитуда пилообразных импульсов увеличилась (фиг.Зг), то на выходе вычитателя 10 формируется несимметричное пилообразное напряжение (фиг. 3q). Это приводит к изменению соотношения увеличенной амплитуды импульсов пилообразного напряжения, формируемых первым однополупериодным выпрямителем 6, с величиной опорного напряжения с выхода амплитудного детектора 5. На выходе блока 11 сравнения сформированные широтномодулированные импульсы имеют разную относительную продолжительность в разные периоды (фиг. Зе). На выходе элемента ИЛИ 14 формируется последовательность импульсов с фазовой моду ляцией(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 формируется прямо угольное напряжение с модуляцией по частоте (фиг.3 л,м). В результате этого изменяется мгновенное значение частоты напряжения на прямом выходе выходного триггера 15, т.е. изменяется мгновенное значение коэффициента умножения частоты. Для стабилизации коэффициента умножения частоты в умножителе часто ты проделываются следующие преобразо вания сигналов. Положительным импульсом с выхода дифференцирующего блока 12 переключается первый дополнительный тригге 22 в состояние, когда на его выходе устанавливается 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 переключается в исходное состояние. Положительные импульсы с выхода первого дополнительного триггера 22 (фиг. 3f4) и импульсы с прямого выхода выходного триггера 15/фиг.Зи)поступают на вхо ды первого .элемента И 24. Положительные импульсы напряжения с прямо 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 формирузтся последовател ность положительных импульсов (фиг.Зп), длительность которых равна длительности положительных полупериодов прямоугольного напряже ния с прямого выхода выходного .триггера 15 (фиг. Зл) . Причем длительность этих импульсов увеличивается с увеличением амплитуды Соответствующих треугольных импульсов напряжения, действующих на входе блока 11 сравнения (фиг. , 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 б(фиг.Зй). Этим выходным напряжением первого демодулятора 26регулируется 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 9ДНополупериодного 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.

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