Удвоитель частоты Советский патент 1978 года по МПК H03K6/06 

1

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к импульсной технике, и может быть использовано при построении различных устройств, в которых из синусоидального напряжения необходимо формировать импульсы удвоенной частоты следования.

Известен удвоитель частоты, предназначенный для преобразования синусоидального напряжения в импульсы удвоенной частоты следования, содержащее операционный усилитель, цепи преобразования и делители напряжения 1 .

Данное устройство не обладает достаточной точностью умножения

Известен также удвоитель частоты, содержащий операционные усилители, диодные ограничители, делитель напряжения и дифференцирующие цепочки 2.

Однако известное устройство дает значительную погрешность удвоения частоты входного сигнала, так как пороги срабатывания от положительной и отрицательной полуволн входного синусоидального напряжения у него разные. Эта разность порогов срабатывания возникает вследствие того, что пороги срабатывания задаются резистивным делителем выходного напряжения насыщения операционного усилителя положительной и отрицательной

полярности, а положительное напряжения насыщения на выходе операционного усилителя значительно отличается по абсолютной величине от отрицательного напряжения насыщения, что обусловлено структурой самого операционного усилителя.

Кроме того, дополнительная погрешность возникает при изменении напряжения питания операционного усилителя вследствие различного изменения величины порогов срабатывания от положительной и отрицательной полуволн в.ходного синусоидального напряжения.

Целью изобретения является повышение точности удвоения.

С этой целью в предлагаемом удвоителе частоты неинвертирующий вход первого и инвертирующий вход второго операционных, усилителей подключены к входному зажиму, инвертирующий вход первого операционного усилителя соединен с точкой соединения резисторов первого плеча делителя напряжения, неинвертирующий вход второго - с точкой соединения резисторов второго плеча делителя напряжения, а выход каждого из операционных усилителей через последовательно соединенные дифференцирующую цепочку и ограничительный диод подключен к выходному зажиму.

На чертеже представлена принципиальная .электрическая схема предлагаемого удвоителя частоты.

Операционные усилители 1 и 2 представляют собой два пороговых устройства.х одинаковыми, но развополярными уровнями срабатывания от входного сигнала. Эти уровни задаются друмя последовательно включенными резистивньши делителями (резисторы 3, 4 и 5, 6), которые питаются от одного общего источника питания ЕП (зажим 7).

На другие входы операционных усилителей через разделительные резисторы 8 и 9 подается синусоидальное напряжение входного сигнала (зажимы 10 и 1П. Выходы операционных усилителей 1, 2 через дифференцирующие цепочки (конденсатор 12 и резистор 13, а также конденсатор 14 и резистор 15) и ограничительные диоды 16, 17 подключены к нагрузочному резистору 18.

Операционные усилители 1, 2 охвачены однополярной положительной обратной связью (резистор 19, диод 20 и резистор 21, диод 22) для повышения крутизны передних фронтов импульсов положительной полярности на выходах операционных усилителей.

/Фазнополярные напряжения для питания операционных .усилителей 1, 2 образуются посредством омического делителя, собранного на резисторах 3, 4 (одно плечо делителя) и резисторах 5, 6 (другое плечо делителя), подключенного к общему источнику питания Ej, (зажим 7).

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии входного синусоидального напряжения на выходах операционных усилителей 1,,S находится отрицательное напряжение насыщения, так как к инвертирующему входу операционного усилителя 1- с делителя напряжения, выполненного на резисторах 3 и 4, прикладывается постоянное положите тьное напряжения, а к неинвертирующему входу операционного усилителя 2 - постоянное отрицательное напряжение с делителя, выполненного на резисторах 5 и 6. Операционные усилители 1 и 2, охваченные положительной обратной связью, не действуют, так как диоды 20 и 22 представляют собой больщое сопротивление для отрицательного напряжения, которое в данный момент имеется на выходах операционных усилителей 1, 2.

Для перевода операционных усилителей 1 и 2 в другое положение (положительное напряжение насыщения на выходе) на неинвертирующий вход операционного усилителя 1 подается положительное напряжение с амплитудой больщей постоянного положительного напряжения, прикладываемого с делителя на резисторах 3, 4 к инвертирующему входу этого же операционного усилителя, а на инвертирующий вход операционного усилителя 2 - отрицательное напряжение с амплитудой, большей (по абсолютному значению) постоянного отрицательного напряжения, прикладываемого с делителя на резисторах 5, 6 к его инвертирующему входу.

Если .от источника синусоидального напрях ения подать входной сигнал, то этот сигнал

через резисторы 8 и 9, сопротивления которых много меньще входного сопротивления каждого операционного усилителя, прикладывается к неинвертирующему входу операционного усилителя 1 и к инвертирующему входу операционного усилителя 2.

В момент превыщения амплитуды положительной полуволны синусоидального напряжения величины положительного постоянного напряжения, прикладываемого к инвертирующему входу операционного усилителя 1 с делителя напряжения, выполненного на резисторах 3 и 4, операционный усилитель 1 переходит в другое положение (положительное напряжение насыщения на выходе), при этом начинает действовать положительная обратная связь через резистор 19, так как диод 20 открывается положительным напряжением на выходе операционного усилителя 1. Эта обратная связь ускоряет переход операционного усилителя 1 из отрицательного состояния насыщения в положительное, тем самым повыщая крутизну переднего фронта импульса положительной полярности на выходе операционного усилителя 1. Последний находится в состоянии положительного напряжения насыщения на выходе до тех пор, пока амплитуда положительной полуволны синусоидального входного на5пряжения не уменьшится до величины, равной значению положительного постоянного напряжения с делителя на резисторах 3, 4. В этом

случае операционный усилитель 1 снова возвращается в исходное состояние (отрицательОное напряжение насыщения на выходе) и находится в нем до тех пор, пока амплитуда положительной полуволны снова увеличится до величины, равной значению положительного постоянного напряжения с делителя на резисторах 3, 4.

5

Точно так же, как операционный усилитель 1 меняет свое состояние при приходе положительной полуволны синусоидального входного напряжения, операционный усилитель 2

0 меняет свое состояние с отрицательного значения напряжения на выходе на положительное при приходе отрицательной полуволны синусоидального входного напряжения, так как на его другой (неинвертирующий) вход подается отрицательное напряжение с делителя на ре5зисторах 5, 6. Полярность напряжения входного сигнала и полярность постоянного напряжения с делителя на резисторах 3, 4 и 5, 6 рассматривается относительно их общей точки.

0

Следовательно, при приходе синусоидального входного напряжения на выходе операционного усилителя 1 возникает положительное напряжение насыщения во время положительной полуволны входного напряжения , а на выходе операционного усилителя 2 положительное

5 напряжение насыщения находится ,.время отрицательной полуволны входного синусоидального напряженияИмпульсы прямоугольной формы с выхода

О операционного усилителя 1 дифференцируются

RC-цепочкой (конденсатор 12, резистор 13) и через диод 16 ограничивающий отрицательный дифференцированный импульс, подается на выход схемы. Импульсы прямоугольной формы с выхода операционного усилителя 2 дифференцируются RC-цепочкой (конденсатор 14, резистор 15) и через диод 17 также подаются на выход схемы.

Таким образом, на выходе схемы за каждый период входного синусоидального напряжения формируются по два импульса положительной полярности. Точность удвоения частоты в предлагаемом устройстве не зависит от параметров операционных- усилителей 1 и 2, так как пороги срабатывания их от положительной и отрицательной полуволн входного синусоидального напряжения задаются делителями постоянного напряжения, выполненными-на резисторах 3, 4 и 5, б, плечи которых могут регулироваться и позволяют отсимметрировать пороги срабатывания операционных усилителей 1, 2 сколь угодно точно.

Формула изобретения

Удвоитель частоты, содержащий операционные усилители, диодные ограничители, делитель напряжения и дифференцирующие цепочки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности удвоения, неинвертируюй1ий вход первого и инвертирующий вход второго операционных усилителей подключены к входному зажиму, инвертирующий вход первого операционного усилителя соединен с точкой соединения резисторов первого плеча делителя напряжения, неинвертирующий вход второго - с точкой соединения резисторов второго плеча делителя напряжения, а выход каждого из операционных усилителей через последовательно соединенные

дифференцирующую цепочку и ограничительный диод подключен к выходному зажиму.

Источники информации, принятые во внима ние при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР № 374725, кл. Н 03 К 6/06, 1971.

2. Патент Англии № 135303, кл, Н 3 Т 1974,

7

10