Генератор инфранизких частот Советский патент 1988 года по МПК H03K4/00 

(21)4105748/2А-21

(22)02.06.86

(46) 07.10.88. Бил. №37

(71)Харьковский институт механизации и электрификации сельского хозяйства

(72)А.Ю. Сергеев, B.C. Жилков, П.Г. Бабенко П.Ф. Марченко,, И.К. Караева и Е.В. Линник

(53)621.374.3(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР 1075403, кл. Н 03 К 13/20, 1981.

Авторское свидетельство СССР 8 1290498, кл. Н 03 К 4/00, 1985

(54)ГЕНЕРАТОР ИНФРАНИЗКИХ ЧАСТОТ

(57)Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для преобразования частот синусоидального напряжения и генерирования сигналов инфранизких частот. Целью изобретения является повьшение точности установки значения инфранизко; частоты при одновременном- упрощении управления. Для этого в устройство дополнительно введены задающий генератор 14 импульсов, делитель 19 частоты на пять, умножитель 20 частс ; ; на сто и D-триггер 21. Кроме того, устройство содержит источник 1 синусоидального напряжения, мультиплексор 3, инвертор 4, кольцевой счетчик 5 импульсов, триггер 6, аналоговые ключи 7 и В, сумматор 9, выходную шину 10, аттенюатор П фильтры 12-и 17 низкой частоты, усилитель 13 мощности, делитель 15 частоты на десять, фазовый детектор 16 и генератор 18. Точность данного устройства в 250 раз вьше точности устройства прото типа при тех же параметрах схемы и разрешающей способности задающего генератора 1 Гц. 2 ил.

а &

iO

ГО

CD СО

О

ю

fliZ. 1

Изобрете.ние относится к импульсной Технике и может быть использовано для I преобразования частот синусоидального напряжения к генерирования сигналов инфранизких частот.

Целью изобретения является повышение точности.установки значения инфра низкой частоты при одновременном уп- рощении управления.

I .На фиг 1 представлена, электричес- 1кая структурная схема генератора; на фиг. 2 - временные диаграм1 1ы, по- ясняющие формирование инфранизкочас тотного напряжения.

Генератор инфранизких частот содержит источник 1 синусоидального напряжения, выход которого подключен . к входу фазосдвигающего элемента 2, выходы которого соединены с входами мультиплексора 3$ выходы которого объединены и подключены к входу инвертора 4, управляющие входа - р; вь,- ходам кольцевого счетчика 5 импульсов, выход последнего разряда которого соединен со счетным входом триг- .гера б, прямой и инверсный выходы которого соединены соответственно с управляющими входами первого 7 и второго 8 аналоговьк ключей, выходы которых подключень к входам сумматора 9, выход которого соединен с выходной шиной 10 через, последовательно :соединенные аттенюатор 11, первый I фильтр 12 низкой частоты и усилители, |13 мощности. Выход и вход инвертора 4 соединены соответственно с входами первого 7 и второго 8 аналоговых ключей. Выход задающего генератора 14 импульсов связан со счетным входом кольцевого счетчика 5 через последо- 1вательно соединенные делитель 15 час- |Тоты на десять, фазовый детектор 16, |второй фильтр 17 низкой частоты, ге- нератор 18, управляемый напряжением, |и делитель 19 частоты на пять. Вто- |рой вход фазового детектора 16 связан с выходом источника 1 через последовательно соединенные умножитель 20 частоты на сто и D-триггер 21, а BTOрой вход D-триггера 21 соединен с выходом генератора 18,

Генератор работает следующим образом.

В процессе работы устройства на вход кольцевого счетг1ика 5 импульсов поступают импульсы с частотой f (фиг. 2а). Сигналы на выходах разрядов счетчика 5 управляют аналоговыми

5

г

10

5

0 5 0 5 Q

е

электронными ключами мультитшексора 3, поочередно замыкая их. При этом на выходах мультиплексора 3, соединенных вместе, поочередно появляются напряжения с выходов п-каскадного фазосдвигающего элемента 2 (фиг. 26), на вход которого поступает с выхода источника 1 синусоидальное опорное напряжение с частотой fon Вектор си нусоидального опорного напряжется нг; выходе каждого следующего фазосдвигающего каскада отстает, от вектора пре дыдущего на угол 5Г/п (фиг. 26). За время счета от 1 до п вектор напряжения на выходе мультиплексора 3 ра.но- мерными скачками изменяет фазу в сторону отставания от Т/п до JT . Это ступенчатое напряжение через аналоговый ключ Bj который включен сигналом высокого логического уровня, поступающим с. инверсного выхода триггера 6 (фиг. 2г), через сумматор 9 СФиг. 2д), аттенюатор 11, фильтр 12 и усилитель 13 поступает на выходную шину 10. Пос-пе окончания п-го такта счета триггер 6 переключается (фиг. 2в).

Теперь сигнал высокого логического уровня появляется на его прямом выходе, он замыкает аналоговый ключ 7, а ключ 8 размьжается. За время очередного счета от (п+1) до 2п на вы- ходах мультиплексора 3 снова формируется ступенчатое напряжение, состоящее из отрезков синусоидального опорного напряжения, скачкообразно изменяющими фазу в сторону отстана - ния от Г/п до иг . Это напряжение поступает на второй вход сумматора 9 и далее на выходную шину 10 через инвертор 4 и аналоговый ключ 7. Инвертор дополнительно сдвигает фазу опорного напряжения на угол ЗГ . (фиг. 26). Поэтому за время счета от (п+1) до 2т1 фаза опорного напряжения на выходе сумматора 9 изменяется от (9Г + jr/n) до 2 ОТ фиг. 2д)., Следовательно, за время счета от 1 до (2п+1), фаза опорного синусоидального напряжения за 2п скачка изменяется на угол в сторону отстава- ния, т.е. его вектор совершает пол- ньй оборот. Это означает, что вектор синусоидального опорного напряжения в процессе работы устройства дополнительно вращается в сторону отста-- вания. Период полного дополнительного оборота вектора равен 2 П«1/ е, а частота--дополнительного вращения fc/2n. Результирующая частота напряжения на выходной шине 10 fц, равна разности частот опорного напряжения и дополнительного вращения

и.ч

fon - fc/2

п

Импульсы на вход кольцевого счетчика 5 поступают с выхода генератора 18 через делитель 19, т.е. частота fc импульсов на входе кольцевого счетчика 5 в пять раз меньше частоты ч.Я.Н на выходе генератора 18. Отсюда

f

f т f

н.м. ton

25

Импульсы с частотой fjp . с выхода задающего генератора 14 через дели- таль 15 поступают на один из входов фазового детектора 16, т.е. частота импульсов на этом входе равна fj.n /10. Импульсы на второй вход фазового детектора 16 поступают с выхода D-триг- гера 2fl . Тактируемый фронтом D-триг- гер. 21 включен по известной схеме устройства вь1читания частот. На выходе D-триггера 21 появляются импульсы с частотой, равной абсолютному значению разности частот на его входах С и D. При этом не имеет значения, на какие из входов подаются сравниваемые сигналы, поэтому входы на схеме не пока- 3 аны. На один из входов D-триг.гера 35 21 поступают сигналы с выхода генератора 18 с частотой ч.ч.й , а на дру- гой через умножитель 20 - сигналы от источника 1. т.е. частота импульсов на этом входе равна fon. «100. Частота импульсов на выходе D-триггера 21-- равна fpn 100 - 4.ч-я .

Фаэовый детектор 16, фильтр 17, . генератор М8 и D-триггер 21 образуют 45 систему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). В процессе работы ФАПЧ фазовый детектор 16 сравнивает фазы сигналов на своих входах. На выходе фазового детектора 16 присутствует 50 импульсное напряжение, постоянная составляющая которого проходит через фильтр 17 и воздействует на генератор 18, подстраивая его частоту, чтобы частота импульсов на выходе D- 55 триггера 21 и на входах фазового детектора 16 всегда была точно одинакова, т.е. система ФАПЧ жестко синхронизирует частоту задающего генератора- и частоту на выходе D-триггера 21, с.1 едовательно

f, /10 100- ,„ - f,.

(2)

Найдя из выражения (2) значение

-ч.ч н

и подставив его в выражение (1), получаем для случая, когда п 10, зависимость частоты напряжения на вы ходе устройства от частоты и myльcoв задающего генератора

н.ч.

f

ъг

/1000.

25

. 35

45 50 55Из этой зависимости следует, что инфранизкая частота не зависит от источника синусоидапьного опорного напряжения. Стабильность генератора инфранизких частот равна стабильности задающего генератора импульсов, т.е. может быть очень высокой.

Нижний предел инфранизкой частоты зависит только от минимальной частоты задающего генератора. Например, если минимальная частота задающего генератора fj.. 10 Гц, то fH.M.

0,01 Гц. Верхний предел частоты зависит от полосы удержания системы ФАПЧ. При введении в схему устройства переключателя диапазонов верхний . предел выходной частоты определяется только частотой среза первого фильтра низких частот.. Регулирование частоты осуществляется плавно с помощью перестройки частоты задающего генератора.

Точность установки инфранизкой частоты ограничивается точностью установки частоты задающего генератора. Например, если точность установки частоты задающего генератора равна 1 Гц, то точность установки инфранизкой частоты равна 0,001 Гц.

Управление генератором инфранизкой частоты осуществляется предельно просто -. путем поворота движка потенциометра установки частоты задающего генератора. При этом одновременно сильно упрощается методика измерения инфранизкой час тоты.

Таким образом, точность предлагаемого генератора в 250 раз выше точнот; сти известного при тех же параметрах схемы и разрешающей способности задающего генератора I Гц, а управление существенно проще.

Формула и зоб

р е т е н и я

Генератор инфраниэких частот, содержащий источник синусоидального на- |пряжения, вьйсЬд которого подключен к Ьходу фазосдвигающего элемента, выходы которого соединены с соответствующими входами мультиплексора, выхо- |ДЫ которого подключены к входу инвёр- jropa, а управляющие входы подключены соответствующим выходам кольцевого |счетчика импульсов, вьпсод последнего

аэряда которого соединен также со йчегтным входом триггера, прямой и Инверсный выходы которого соедин ены |с управляющими входами соответственно jnepBoro и второго аналоговых ключей, выходы которых подключены к входам сумматора, выход которого связан с выходной шиной через последовательно соединенные аттенюатор, первый фильтр низкой частоты и усилитель мощности, причем выход и вход инвертора соединены с входами соответственно первого И второго аналоговьпс ключей, а также

содержащий делитель частоты на десять и последовательно соединенные фазовый детектор, второй фильтр низкой частоты и генератор, управляемый напряжением, отличающийся тем, что, с целью повьшейия точности установки значения инфранизкой частоты при одновременном упрощении управления, в него введены умножитель частоты на сто, D-триггер, делитель частоты на пять и задающий генератор импульсов, причем первый вход фазового детектора соединен с выходом делителе частоты на десять, вход которого соединен с выходом задающего генератора импульсов, а выход источника опорного синусоидального напряжения через следовательно соединенные умножитель частоты на сто и D-триггер соединен с вторым входом фазового детектора, а выход генератора, управляемого на-г пряжением, соединен с вторым входом D-триггера и через делитель частоты на пять со счетным входом кольцевого счетчика импульсов.

а)

9u,z.2