Устройство для формирования однополосного сигнала Советский патент 1978 года по МПК H03K7/00 

Изобретение относится к электроиз мерительной технике диапазонов инфра низких и звуковых частот и может использоваться при конструировании аппаратуры для биофизических, акусти.ческих, геофизических и т.д. исследо ваний. Известны устройства для формирования однополосного сигнала фазокомпенсационным методом, содержащие два кольцевых модулятора и выходных транс форматоров с соединенными последовательно выходными обмотками l. Недостатком этого устройства явля ется высокая критичность схемы к ам плитудным характеристикам модуляторов Из известных устройств наиболее близким по технической сущности является устройство для формирования-однополосного сигнала, состоящее из умножителей частоты исходных сигналов, формирователей последовательностей коротких импульсов, которые суммируются элементом ИЛИ и подаются на вход триггерного делителя частоты, с выхода которого снимается однополосный сигнал ЦзД. Недостатком такого устрой.ства является неоднозначность по фазе выходного сигнала, что приводит к уменьшению точности измерения. Это обусловлено применением для формирования однополосного сигнала делителя частоты. Любому возможному стационарному значению начальной фазы выходного колебания делителя частоты (с коэффициентом деления W ) соответствует еще Ы -1 возможных значений начальных фаз, каждое из которых отличается от соседнего на 211/М. Фазовая неоднозначность выходного сигнала такого устройства ведет к неопределенности результатов фазовых или фазочувствительных измерений, выполняемых системой, в которую в качестве составной части входит подоблое устройство. Так, если N 4, то фазовые углы определяются с погрешностью ±с ft /2 (1 О, 1, 2), а вместо, например, реальной компоненты сигнала может быть ошибочно измерена мнимая компонента и т.д. Цель предлагаемого изобретения повышение точности измерения. Указанная цель достигается тем, то в предлагаемое устройство для. формирования однополосного сигнала для фазовых измерений в диапазонах инфранизких и звуковых частот, содержащее

источники сигналов несущей и рабочей частот, каждый из которых подключен через два последовательно соединенных удвоителя частоты к входам сборки, выход которой соединен с входом делителя частоты из двух триггеров, введены аналоговый умножитель мгновенных значений, первый вход которого подключен к источнику сигнала рабочей частоты непосредственно, второй вход - через элемент НЕ, а третий и четвертый входы соединены с выходами второго триггера делителя частоты, два элемента ИЛИ, три элемента И и дополнительный элемент НЕ, выход которого соединен с входом первого элемента И, а вход подключен к точке соединения первого входа третьего эле мента И, выхода одного и входа другого удвоителя рабочей частоты, причем второй вход третьего элемента И подсоединен к одному выходу первого триггера делителя частоты и к другому входу первого элемента И, третий вход которого соединен с одним выходом аналогового умножителя мгновенных зна чений, а выход подключен ко входу.второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с третьим входом сборки, второй вход подключен к источнику сигналов несущей частоты, а третий вход соединен с выходом второго элемента И один вход которого соединен с.вторым выходом аналогового умножителя мгновенных значений, а другой вход;подключен через первый злемент-ИЛИ,к второму выходу первого триггере делителя частоты и к выходу третьего элемента И.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 - временные диаграммы напряжений, пояснякщие работу схемы.

Устройство для формирования одно. полосного сигнала состоит из удвоителей 1 и 2 несущей частоты, удвоителей 3 и 4 рабочей частоты, сборки 5, делителя частоты, состоящего из двух триггеров 6 и 7, первого, второго и третьего элементов И 8-10 соответственно, первого и второго элементов ИЛИ 11 и 12, аналогового умножителя . 13 мгновенных значений, двух элементов НЕ 14 и 15, источника 16 сигналов рабочей частоты и источника 17 сигналов несущей частоты.

От источников 16 и 17 сигналов рабочей и несущей .частоты соответственн на вход устройства поступают последовательности однополярных прямоугольных импульсов рабочей Л«. промежуточной О) частот (фиг.2, а и б соответственно). Удвоители 1-4 удваивают частоты подводимых к их входам сигналов и форьируют последоват ельяости импульсов 1 -I- Ьп 2 1 5иг.1д),

И 1 + ьп 4 u)l (фиг.2) , -и 5 1 + + Ьп2Я1 (фиг. 2,в),1Г4 - 1 Ьгг4Л1 (фиг. 2,г) , где ir, , U , и,, и и напряжения с выходов соответствующих удвоителей частот. Положительные перепады и2 и 4 выделяются дифференцированием, суммируются сборкой 5 (фиг. 2, ж) и подаются на вход делителя частоты, состоящего из триггера б.

На фиг . 2, 3 и к показаны, напряже.ния с выхода триггера 6 делителя частоты, а на фиг. 2, и ил показаны напряжения с выхода триггера 7 делителя частоты, причем напряжения показанные на фиг. 2, и и л , и есть искомый однополосный сигнал, например, в .верхней боковой полосе частот

Эпюры однополосного сигнала сдвигаются вдоль оси времени в зависимости от начального состояния ячеек делителя частоты (при t 0). Так, если при оба триггера делителя частоты находятся в нулевом состояни то временная диаграмма однополосного сигнала отвечает фиг. 2, и. Если же принять иное начальное состояние ячеек делителя частоты, то получаиот однополосный сигнал, сдвинутый во времени -эквивалентно фазовому сдвигу. Следовательно, однополосный сигнал, .вырабатываемый устройством с делителем частоты, неоднозначен по фазе, причем все возможные значения установившейся фазы однополосного сигнала соответствуют одному и тому же синалу (фиГ. 2, ж)j возбуждающему делитель частоты и, следовательно, одним и тем же исходным сигналам рабочей (фиг. 2, г) и промежуточной (фиг.2, б) частот.

Способ устранения фазс5вой неоднозначности однополосного сигнала состоит в использовании сигналов треггеров 6 и 7 делителя частоты,а также выходных напряжений умножителей частоты 1-4 в тракте преобразования сигнала, например, рабочей частоты (фиг.2,а) и восстановлении сигнала несущей (промежуточной) частоты, при этом фаза этого сигнала определяется начальным состоянием триггеров 6 и 7 делителя частоты..

Если при сравнении по фазе восстановленного и исходного сигналов несущей частоты, фазовый сдвиг между ними не равен наперед заданной величине, то аналоговый умножитель 13 мгновенных значений выдает на сборку 5 добавочные импульсы. С их помощью устанавливается требуемое начальное состояние триггеров 6 и 7 делителя частоты, при котором выходной сигнал аналогового умножителя 13 исчезает, а искомый однополосный сигнал оказывается синхронизированным с исходными сигналами рабочей и несущей частот. Формирование последовательности добавочных импульсов, сдвигающих фазу однополосного сигнала, производит ся следующим образом. . Сначала аналоговый умножитель 13 осуществляет перемножение сигналов, поступающих с триггера 7 (фиг. 2, и и л) и исходного сигнала рабочей час тоты (фиг.2, а). С выхода этого умно жителя снимается сигнал, показанный на фиг. 2,, м и н . Сигналы, поступаю щие с триггера 6 (фиг. 2, з и к), пр ходят через элемент И 10 (фиг.2,о) и элемент ИЛИ 11 (фиг.2, п). Далее выходное напряжение с элемента ИЛИ 11 (фиг.2,п) с помощью эле мента И 9 умножается на сигнал (фиг,2 аналогового умножителя 13, в результате чего на выходе элемента И 9 получают сигнал, показанный на фиг.2,р Элемент И 8, в свою очередь, осуществляет перемножение выходного напряжения триггера б делителя частоты (фиг.2,з), инвертированного сигнала первого удвоителя 1 рабочей частоты .(фиг.2,с) и сигнала, поступающего от аналогового умножителя 13 (фиг.2,н). С выхода элемента И 8 (фиг,2. т) сигнал поступает на элемент ИЛИ 12, где осуществляется сложение исходног сигнала несущей частоты (фиг.2,б) и выходных напряжений элементов И 8 и причем выходное напряжение элемента ИЛИ 12 (фиг.2,у), подводимое к сборке 5 и есть исколвлй синхронизирующий сигнал, первый же положительный пере пад которого, воздействуя на сборку вызывает смещение формируемого однополосного сигнала по фазе на угол ift/2 и изменение; начального состояния триггеров 6 и 7 д ителя. частоты Этот сдвиг происходи до тех пор, пока не будет достигнуто начгшьное состояние триггеров 6 и 7 делителейчастоты, при котором выходиой сигнал элемента ИЛИ 12 равен константе и не содержит перепадов напряжения, которые через сборку 5 воздействуют на делитель частоты и вызывают дгипьнейшее изменение состояния входящих в н го триггеров б и 7. Таким образом формируется однополосный сигнал, синхронизированный с системой исходных сигналов рабочей и несущей частот. В дальнейшем при воз можных сбоях в работе устройства синхронизм восстанавливается автоматически . Формула изобретения Устройство для формирования однополрсного сигнала для фазевых измерений в диапазонах инфранизких и звуковых частот, содержащее источники сигналов несущей и рабочей частот, каждый из которых,подключен через два последорательно соединенных удвоителя частоты ко входам сборки, выход которой соединен со входом делителя частоты из двух триггеров, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены аналоговый умножитель мгновенных значений, первый вход которого подключен к источнику сигнала рабочей частоты непосредственно, второй входчерез элемент НЕ, а третий и четвертый входы соединены с выходами, второго триггера делителя частоты, два элемента ИЛИ, три элемента И и дополнительный элемент НЕ, выход которого соединен со входом первого элемента И, а вход подключен к точке соединения первого входа третьего элемента И выхода одного и входа другого удвоителя рабочей частоты, причем второй вход третьего элемента И подсоединен к одному выходу первого триггера делителя частот и к другому входу первого элемента И, третий вход которого соединен с одним выходом-аналогового умножителя мгновенных значений, а выход подключен ко входу второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с третьим входом сборки, второй вход подключен к источнику сигналов несущей частоты, а третий вход соединен с выходом второго элемента И, один вход которого соединен со вторым выходом аналогового умножителя мгновенных значений, .а другой вход подключен через первый элемента ИЛИ ко второму выходу первого триггера делителя частоты и к выходу третьего элемента И. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Мейнке:х.{и Гундлах ф. Радиотехнический справочник том. Н , М-Л.,о Госэнергоиздат, 1962, с.386, рис.21-59. 2.Авторское свидетельство В259266, н 03 К 7/00 15.06.68 г.

выход

а) S)

и)

«;

3)

) ;

3) и)

«)

f) )

) f)

р)

с)