СЧЕТЧИК ИМПУЛЬСОВ с ПЕРЕМЕННЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ ПЕРЕСЧЕТА Советский патент 1967 года по МПК H03K29/00 

Известны с 1етчики импульсов с переменным коэффициентом пересчета, основанные на фазо-импульсиых миогоустойчивых элементах и схемах фазовой селекции.

Предлагаемый счетчик отличается тем, что в нем выход генератора с перестраиваемой частотой подключен к электрическому входу электрооитического коиъюнктора, выполнеииого на ячейках Поккельса и скрещенных ио.ляризаторах и управляющего световыми импульсами, поступающими иа фотосонротивление, включенное параллельно интегрирующей емкости.

Иа фиг. 1 изображена принципиальная схема предложенного счетчика; на фиг. 2 иредстаь.1еиа графическая интерпретация миогоустойчивого режима работы устройства, данная немонотонной амплитудно-фазовой характеристикой эквивалентного четырехнолюсника, пересеченной прямой обратной связи. Точками отмечены устойчивые состояиия.

Счетчик состоит из электрооитического коиъюнктора /, фоточувствительного ириемника (фотосопротивлеиие) 2, интегрирующего звена 3, управителя частоты 4 и управляемого генератора 5.

тичпые электрооптические ячейки Поккельса 9 и 10. К проводящим полупрозрачным электродам (либо электродам, выполненным в виде колец или сеток) этих ячеек ирикладыва5 ют импульсные сигналы заданной длительности и определенной амплитуды. В отсутствие электрического иоля в ячейках иоследиие ведут себя как изотропные материалы, т. е. не изменяют характера поляризации света, про0ходящего через них.

Пусть иа поляризатор 6 падает виещний непрерывный погок немонохроматического света. Если главная плоскость ноляризатора

6,иапример, вертикальна, то иа выходе его 5 образуется вертикальио-иоляризованный световой ноток. Если к ячейке 9 не приложено электрическое иоле, то свет, воздействующий на поляризатор 7, являясь вертикальио-иоляризованным, не пройдет через него, так как поляризатор 7 является скрешеиным по от0иощешно к поляризатору 6, т. е. способен иропускать только горизоитально-иолиризованный свет. Если к ячейке 5 приложить иоле оиределен}юй величины за счет двойного лучеиреломлеиия, свет иа выходе ячейки 9 повернет свою плоскость иоляризацип на 90°, т. е. превратится в горизоптально-поляризованный. Теперь уже свет проходит через поляризатор

тропную ячейку 10, воздействует иа поляризатор S, который я ;-ляется скрещенным по отношению к ноляризнтору 7. То ест в отсутствие поля в ячейке 10, свет на выход копъюнктора (то есть на выход поляризатора 8) проходить не будет. Если к ячейке 10 приложить поле определенной величины, то 1з ней может также наблюдаться новорот нлоскости полярпзацнн на , т. е. свет спова нревратится из горизонтально-поляризованного в вертикальпо-поляризоваипый. Таким образом в отсутствие поля либо в одпой, лнбо в обеих ячейках свет пе проходит через копъюпктор. Только нри наличии одповремеиного нриложения электрического поля определеппой величины к обеим ячейкам 9 и 10 свет будет проходить через указанную систему.

Требование строго определенной амплитуды поля, действующего в ячейках, необязательно. Можно легко показать, что напряжение, прикладываемое к электродам ячеек 9 и 10, будет обеспечивать максимум прозрачности копъюнктора во время совпадения импульсов напряжения, подаваемых к ячейкам, в том случае, когда это напряжение будет равно , где k - эле-ктрооптическая постоянная в линейном эффекте Поккельса. В том случае, если а.мплитуда импульсов У„ будет дменьще или больще указанной величины, прозрачность конъюпктора соответственпо снизится по закопу ,п.(яШ ), одпако, работоспособность конъюнктора полностью сохранится.

Использование электрооптических схем совнадения значительно увеличивает быстродействие при осуществлении операции конъюнкции (совпадения), отличается простотой, высокой технологичностью, надежностью, практически неограниченным сроком службы и дешевизной. Кроме того, габариты такого конъюнктора могут быть весьма малыми. Эти достоинства электрооптической схемы совнадений обусловили ее использование в предлагаемом приборе.

С выхода конъюнктора световой поток (в виде световых импульсов) воздействует на фотосопротивление 2, в качестве которого может быть использовано, например, фотосопротивление, имеющее достаточно малую ностояпную времени релаксации (известны фотосопротивления на осиове монокристаллов кремния, имеющие время релаксации порядка 2 сек). При облучении фотосопротивления светом, как известно, величина его резко надает.

Фотосопротивление в данном приборе конструктивно входит также в интегрирующее звено, другими элементами которого являются накопительный конденсатор 11 и сопротивление 12, подключенное к источнику постоянного тока. Действие интегрирующего звена состоит в стабилизации уровня управляюн1,его напряжения, возникаюп1,его па обкладках конденсатора 11, к данном стационарном режиме работы прибора (папри.мер, в его устойчивом положении равновесия). Если па фотосопротивление 2 не дгпствует свет, то величина его, как мы уже от.метплн, является высокой, и конденсатор 11 заряжен до максимально возможного напряжения U,.

.if //;c

равного;

Фяакс,ч

и, Uo

о

Ч-макс I

где f/o- напряжение источника постоянного тока, ,,Q,,.,. - величина фотосоиротивлепия нри нолном отсутствии света, - величина сопротивления 12 (нагрузки).

Например, длительность генерируемых в генераторе импульсов /„.ген равна длительности импульсов tu.ex, воздействующих на ячейку 9 со стороны входа 13, игенератор связан как с ячейкой 10, так и с выходом 14.

Это означает, что длительность световых импульсов т на выходе электрооптического конъюпктора изменяется в пределах

О - ta. гея ta.(2)

В зависимости от степени совпадения входных и генерируемых электрических импульсов. При этом среднее значение светового потока на выходе электрооптического копъюнктора We;, равно

,

W,, W,,,,piro -,(3)

где Weux - амплитуда интенсивности светового потока па выходе конъюпктора, W -

иптепсивность светового потока на входе

конъюпктора, р - прозрачность конъюнктора

в режиме совнадения (зависит от амплитуд

импульсов в ячейках 9 и 10}.

Нетрудно понять, что режим совпадения

пастуиает в конъюнкторе тогда, когда частота Р., следования импульсов от генератора кратна частоте следования входных импульсов Fax, прикладываемых со стороны входа 13 к ячейке 9. Например, совпадения (полные, так что . ген ) указанных импульсов наступают нри следующих з словиях:

, ,2,3 ...,(4)

где F:, - частоты генератора, соответствующие полным совпадениям импульсов в электрооптическом конъюнкторе, k - коэффициент деления устройства, целое число. Условие цолного совнадеция (4) является

необходимым (с точки зрения нолучепия наибольшего значения среднего светового потока W на выходе конъюнктора), по нел.остаточным. Последнее означает, что при рассмотрении режима совпадений электрических импульсов, прикладываемых к ячейкам 9 и 10, следует учитыват :, разность фаз следования имиульсов в двух носледовательностях - ВХОД1ЮЙ и вырабатываемой генератором. Действительно, если разорвать цепь обратной

стоте так, что последняя будет удовлетворять условию (4), т. е. будет кратна частоте входной носледовательности имнульсов Fе: , то это еще совершенно не означает, что в конъюнкторе будут наблюдаться совнадення имнульсов (полные или частичные). Совпадения будут иметь место только при определенных временных соотношениях возникновения имнульсов в двух рассматриваемых последовательностях илн, как принято говорить, при определенных фазовых соотношениях импульсных последовательностей. Так при разности фаз Дф, равной ну;по, наблюдается полпое совпадение импульсов геператора с соответствующими /г-ми импульсами входной последовательности. При увеличении по абсолютной величине разности фаз Аф наблюдается уменьшение времепи совпадения т, приче г

2т -z

при разности фаз Аф,„ время совпадения становится нулевым. Так как длительность импульсов т много меньше их периода следования Т, то это означает, что разность фаз Аф, начиная с которой не наблюдается совпадения импульсов, составляет весьма малую долю от величины 2я.

Таким образом, описываемая система весьма чувствительно к разности фаз конъюнктируемых последовательностей импульсов.

Действие замкнутой системы автоматического регулирования сводится к автоматическому поддержанию определенной разности фаз между входной последовательностью импульсов и последовательностью импульсов, генерируемых в генераторе 5 и кратных по частоте относительно частоты входной последовательпости.

Проследим эту замкиутую цепь стабилизации фазы. При увеличении разности фаз Аф уменьшается время совпадения т, что также у.меньшает среднюю величину светового потока, воздействующего па фотосопротивление 2 со стороны копъюнктора. Это приводит к увеличению напряжения па конденсаторе // (так как средняя величина фотосопротивления увеличивается), а следовательно, к уменьшению частоты следования импульсов F генератора 5. Известно, что изменение частоты можпо характеризовать изменением фазы колебапия (или имиульсиой носледовательности) с прежним значением частоты, точнее - определенной скоростью изменения фазы во времени. В данном случае уменьшение частоты F эквивалентно уменьшению разности фаз сравпи15аемых носледовательностей импульсов, т. е. увеличение разности фаз Аф, вызванное действием какпх-либо факторов, приводит к ее уменьшению, т. е. обратному процессу. Паоборот, случайное уменьшение разности фаз нриведет к соответствующему ее увеличению, т. е. система является самобалансирующейся, т. е. устойчивой. Устойчивость системы будет нри различных частотах F генератора, являющнхся кратными частоте входной последовательности и.мпульсов, согласпо (4).

Графическое представлеиие об устойчивости системы в различных режимах (нри различных кратностях k) показано графиками на фиг. 2. На оси абсцисс отложе 1ы значения разности фаз Аф для сравниваемых последовательностей импульсов, а на оси ординат - величина среднего светового нотока на выходе конъюнктора. Немонотоп 1ая характериетика эквивалентного четырехполюсника представлена «треугольными ппками.

Максимумы этих пиков приходятся па зпачення разностей фаз Аф, кратных 2л. Каждый из представленных «ников отвечает одной из частот F., из набора кратных частот частоте FSX входной импульсной последовательпостн.

Паклопная прямая выражает характеристику обратной связи.

В указанных точках нересечения графиков реализуются устойчивые ноложення равновесия системы, согласно классическим представлениям теорни устойчивости.

Таким образом, признакамн состояний прибора являются различные частоты, кратные частоте входных импульсов, а также различные фазовые соотношения между последовательностями входных и генерируемых импульсов.

Предлагаемое устройство является делителем частоты с переменным коэффициентом деления, нредставляюи1им набор целых чисел.

Фазовыми соотношениями входной и выходной последовательностей нмнульсов в ряде случаев не интересуются. Тем не менее разность фаз Аф является незначительной, и тем меньшей, чем выше величшш скважности следования имнульсов входной последовательности. Наибольший фазовый сдвиг вь1ходпой последовательности импульсов относительно входной составляет Аф,,ш,;с % « ел .t , т. е. может быть уменьшен при увеличеиии скважности входиой последовательиости импульсов.

Предмет изобретения

Счетчик импульсов с переменным коэффициентом иересчета, содержапщй четырехполюсник с немонотонной амплитудио-фазовой характеристикой, включенный в нетлю обратной связи, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, новышения надежноети и возможности использования источпика немонохроматнческого света, в нем выход генератора с перестраиваемой частотой подключен к электрическому входу электрооптического конъюпктора, управляющего световыми импульсами, поступающими на фотосонротивление, включенное параллельно интегрируюп1,ей емкости.