Умножитель частоты Советский патент 1980 года по МПК H03B19/00 

(54) УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к информационно-преобразовательной технике и может быть использо вано по прямому назначению в фазометрах, частотометрах, синтезаторах частот, анализаторах спектра и т.д. диапазона низких и инфранизких частот. Известен умножитель частоты, содержащий сумматор, вычитатель, триггер, счетчик, первый блок элементов ИЛИ и ключ 1. Однако известный умножитель частоты имеет недостаточно высокую точность коэффициента умножения. Цель изобретения - повышение точности коэффициента умножения. Для этого в умножитель частоты, содержащий сумматор, вычитатель, триггер, счетчик, первый блок элементов ИЛИ и ключ, введены компаратор, один вход которого подключен к выходу ключа, а также фазовращатель и фазоинвертор, входы которых объединены с первыми вхо дами сумматора и вычитателя и являются входом умножителя частоты, вторые входы сумматора и вычитателя объединены и подключены к выходу фазовращателя, а к выходам счетчика подключены последовательно соединенные дополнительно введенные дешифратор, второй блок элементов ИЛИ и коммутатор, при этом вход умножителя частоты, выходы сумматора, вычитателя, фазовращателя и фазоинвертора подключены к соответствующим сигнальным входам коммутатора, первый и второй выходы которого подключены к сигнальным входам ключа, управляющие входы которого подключены к соответствующим выходам первого блока элементов 1ЛШЛ, выходы дешифратора подключены также к соответствующим входам первого блока элементов ИЛИ, первый и второй управляющие входы коммутатора объединены с соответствующими управляющими входами первого блока элементов ИЛИ, а третий выход коммутатора подключен к другому входу компаратора. Выход которого подключен к счетным входам счетчика и триггера, установочные входы которых объединеиы, при этом выход триггера является выходом умножителя частоты. На фиг. представлена структурная электрическая схема предложенного умножителя частоты; на фиг. 2 - эпюры напряжений, поясняющие его работу. Умножитель частоты содержит сумматор 1, вычитатель 2, фазовращатель 3, фазоинвертор 4, коммутатор 5, блок 6. элементов ИЛИ, дешифратор 7, счетчик 8, компаратор 9, триггер 10, блок 11 элементов ИЛИ, ключ 12, кнопку 13 Установка состояния. Коммутатор 5 состоит из автоматических переключателей 14, 15 и 16. Блок 6 состоит из элементов 11ЛИ 17-20, Блок II состоит из элементов ИЛИ 21 и 22; 23 и 24 - соответственно вход и выход умножителя частоты. Умножитель частоты работает следуюидам образом. На один из входов сумматора. 1, вычитателя 2,.а также на входы фазовращателя 3 и фазоинвертора 4 с коэффициентами передачи, равные единице, поступает гармоническое колебание Uo(t) (см. фиг. 2, а). С помощью фазовращателя 3 в гармоническое колебание DO (t) вносится дополнительный 60-градусный фазовый сдвиг (напряжение и (t) на фиг. 2,а). Исходное гармоническое колебаниеUQ (t) и сдвинутое но фазе гармоническое-колебание U (t) поступают на входы сумма, гора 1 и на входы вычитателя 2. В результате на выходах сумматора 1 и вь читателя 2 форми руются соответственно суммарное Vj(i.) и разностное ид(1) гармонические колебания (см, фиг. 2 а). На выходе фазоинвертора 4 форми руется инвертированное по фазе на 180 гармо ническое колебание U|(t). На сигнальные входы первого 14, второго 15 и третьего 16 автоматических переключателей поступают соответственно гармонические колебания Uj- (t) и Uo(t), U(t) и Uд(t), ид(|) и U,(t). Исходное положение автоматических переклю чателей 14, 15 и 16 и ключа 12 (см. фиг. 1) обеспечива ется установкой кольцевого счетчика 8 с помощью кнопки 13 в состояние, при котором на всех, кроме первого, выходах сигнал отсутствует. Триггер 10 при этом устанавливается в состояние нуль на его прямом выходе. Дешифратор 7построен таким образом, что на его первом выходе сигнал, равный 1, появляется в моменты времени поступления на счетчик 8 J-ro, 7-го, 13-го и т.д., (1 + 6п)-го| импульсов. На втором выходе дешифратора 7 сигнал, равный 1, появляется при поступлении на счетчик 8 2-го, 8-го, 14-го и т.д.(2 + 6п)-го импульсов. На третьем, четверто пятом и шестом выходах дешифратора 7 сигнал, равный 1, появляется при поступлении на счетчик 8 соответственно (Л i 6п)-го, (4 6п.)-го, (5 + 6п)-го и (6 V 6nVro импульсов (где п - принимает значения О, 1, 2. 3, ... п связано с чис лом нолупериодов N.|. умножаемого гго частоте колебания UQ (t) выраже 1ием п N.. 1). Эпюры напряжений, приведенные на фиг. 2, б - -ж, отражают наличие (отмечено 1) и отсутствие (отмечено О) импульсов (управляющих работой автоматических переключателей 14, 15 и 16 и ключа 12) соответственно на 1,2, 3, 4, 5 и 6-ом выходах дешифратора 7в определенные моменты времени. При указанном на фиг. 1 положении автоматических нереключателей 14 и 15 и ключа 12 на первый и второй входы компаратора 9 поступают соответственно гармонические колебания и (t) и U(t) (фиг. 2, з). В моменты равенства мгнове.нных значений амплитуд сравниваемых колебаний U (t) и Uj;(t) (см. фиг. 2, а - моменты времени t; и 17, соответствующие точкам 1 и 7) на выходе компаратора 9 формируются короткие импульсы (см. фиг. 2,о), которые переводят в единичное состояние триггер 10 (см. фиг. 2, х), а в кольдевой счетчик 8добавляется второй (в общем случае (2+6п)-ый) импульс. В результате на 2-ом выходе .дешифратора 7 устанавливается , а на 1, 3, 4, 5 и 6-ом выходах О (см. фиг. 2, б - ж). Прямоугольный импульс со второго выхода дешифратора 7 (см. фиг. 2, в) поступает через элементы ИЛИ 18, 20 и 22 соответственно на управляющие входы автоматических переключателей 15 и 16 и ключа J2. При этом автоматические переключатели 15 и 16 удерживаются в положении, указанном на фиг. 1, а ключ. 12 переводится в положение, противоположное указанному на фиг. 1. В результате па. первый и второй входы компаратора 9 поступают соответственно гармонические колебания U(t) и U, (t) (см. фиг 2, и). В моменты равенства их М1повеннь х значений (фиг. 2а - моменты времени t2 и tg, соответствующие точкам 2 и 8) на выходе компаратора 9 формируются короткие импульсы (см. фиг. 2,п), которые переводят триггер 10 в нулевое состояние (см. фиг. 2, х), а в кольцевой счетчик 8 добавляется третий (в общем случае (3 + 6п)-ый)импульс. В результате на третьем выходе дешифратора 7 устанавливается 1, а на I, 2, 4, 5 и 6-ом выходах - О (см. фиг. 2, б - ж). Прямоугольный импульс с третьего выхода дешифратора 7 (см. фиг. 2, г) поступает через элементы ИЛИ 17, 19 и 21 соответственно на управляющие входы автоматотеских переключателей 14 и 15, и ключа 12. При этом автоматический переключатель 14 и ключ 12 устанавливаются в положение, указанное на фиг. 1, а автоматический переключатель 15 переводится в положение, противоположное у сазанному на фиг. 1. В результате на первый и второй входы компаратора 9. пос7упают соответсгвенно гармонические колебания ид(1) и Uj..(t) (см. фиг. 2, к). В моменты равенства их мгно венных значений (фиг. 2 а - моменты времен ta и t9, соответствующие точкам 3 и 9) на выходе компаратора 9 формируются короткие импульсы (см. фиг. 2, р), которые переводят триггер 10 в единичное « остояние (см. фиг. 2, а в кольцевой счетчик 8 добавляется четверты (в общем случае (4-i-6п)-ый) импульс. В результате на четвертом выходе дешифратора 7 устанавливается 1, а на 1, 2, 3, 5 и 6-ом выходах - О (см. фиг. 2, б - ж). Прямоугольный импульс с четвертого выхода дешифратора 7 (фиг. 2, д) поступает непосредственно на управляющий вход автоматического переключателя 16 и через элементы ИЛИ 18 и 22 соответственно на управляющие вход автоматического переключателя 15 и ключа 12. При этом автомати1еский переключатель 15 переводится в положение, указанное на фиг. 1, а автоматический переключатель 16 и ключ 12 переводятся в положение, противоположное указанному на фиг. I. В результате на первый и второй входы компаратора 9 поступают соот ветственно гармонические колебания U (t) и ид(1) (см. фиг. 2, л). В моменты равенства мгновенных значений амплитуд гармонических колебаний U (t) и ид(г) (фиг. 2, а - момент времени t4 и tjo, соответствуюише точкам 4 и 10) на выходе компаратора 9 формируются короткие импульсы (см. фиг. 2, с), которые переводят триггер 10 в нулевое состоящие (см. фиг. 2, х), а в кольцевой счетчик 8 добавляется пятый (в обшем случае (5 + 6п)-ый импульс. В результате на пятом выходе дешиф ратора 7 устанавливается 1, а на 1, 2, 3, 4 и 6-ом выходах (см. фиг. 2, б - ж). Прямоугольный импульс с пятого выхода дешифратора 7 (см. фиг. 2, е) поступает непосредственно на управляющий вход автомйтического переключателя 14 и через элементы Или 18 и 21 соответственно на управляющие входы автоматического переключателя i 15 и ключа 12. При этом автоматический переключатель 14 устанавливается в положение, противоположное указанному на фиг. 1, а автоматический переключатель 15 и ключ 12 устанавливаются в положение, указанное на фиг. 1. В результате на первый и второй входы компаратора 9 поступают соответственно гармонические колебания U (t) и UQ (t) (см. фиг.2, м В моменты равенства мгновенных значений амплитуд гармонических колебаний U (t) и Uo (t) (фиг. 2, а). момент времени ts, соответствующий точке 5) на выходе компаратора 9 формируются короткие импульсы (см. фиг. 2, т которые переводят триггер Ю в единичное состояние (см. фиг. 2, х), а в кольцевой счетчик 8 добавляется шестой (в общем случае (6 т ns-bmимпульс. В результате на шестом выходе дешифратора 7 устанавливается 1, а на 1, 2, 3, 4 и 5-ом выходах - О (см. фиг. 2, б - ж). Прямоугольный импульс с шестого выхода дешифратора 7 (см. фиг. 2, ж) поступает через элементы ИЛИ 19, 20 и 22 соответственно на управляющие входы автоматшгеских переключателей 15 и 16 и ключа 12. При этом автоматический переключатель 15 и ключ 12 устанавливаются в положение, противоположное указанному на фиг. 1, а автоматический переключатель 16 устанавливается в положение, указагшое на фиг. 1. В результате на первый и второй входы компаратора 9 поступают соответственно гармонические колебания Uд(t) и Uj (t) (см. ,фиг . 2, н). В моменты равенства их мгновенных значений (фиг. 2, а , например, момент времени t, соответствующий точке 6) на выходе компаратора 9 формируются короткие импульсы (ciyf. фиг. 2, у), которые переводлт триггер 10 в единичное состояние (см. фнг. 2, х). а в кольцевой счетчик 8 добав; яется седьмой (в общем случае (1 + 6п)-ый),где п 1) импульс. В результате на первом выходе дешиф-ратора 7 устанавливается 1, а на 2, 3, 4, 5 и 6-ом выходах - О. Дальше процесс формирования прямоугольного напряжения (см. фиг. 2, х) умноженной в шесть раз частоты аналогично повторяется. Как видно из фиг. 2, ф, короткие импульсы, формируемые компаратором 9, следуют с постоянны.м периодом, равным Т/ 2. Поскольку триггер 10 делит частоту следования коротких импульсов на два, период выходного напряжения триггера 10 будет равен Т/6. Следовательно, частоты выходного- напряжения прямоугольной формы (см. фиг. 2, х) в 6 раз превышает частоту исходного гармонического колебания UQ (t). Реализация определенной последовательности подключения сравниваемых колебаний к входам компаратора 9 позволила повысить точность коэффициента умножения частоты. В предложенном умножителе частоты сравниваются между собой два гармонических колебания, скорость взаимного пересечения которых значительно превышает скорость перехода колебания через нуль. Это позволило также повысить точность коэффициента умножения и стабильность частоты и фазы выходного напряжения. Предложенное устройство нечувствительно к естабильности гармонического колебания умноаемой частоты. Нестабильность амплитуды исодного гармонического колебания в предложенном умножителе частоты вызывает смешеие точек пересечения амплитуд сравниваемых армонических колебаний параллельно оси ординат, что не влияет на стабильность частоты и фазы выходного напряжения и на точность коэффициента умножения частоты. Таким образом, предлоя нное техническое решение позволяет получить значительный тех нико-экономический эффект. Формула изобретения Умножитель частоты, содержащий сумматор вычитатель, триггер, счетчик, первый блок эле ментов ИЛИ и ключ, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности коэффидиента умножения, введены компаратор, 15 один вход которого подключен к выходу ключа, а также фазовращатель и фазоинвертор, входы которых объединены с первыми входами сумматора и вычитателя и являются входом умножителя частоты, вторые входы сумматора и вычитателя объединены и подключены к выходу фазовращателя, а к выходам счетчика подключены последовательно соединенные дополнительно введенные дешифратор, второй блок элемен208 тов или и коммутатор, при этом вход умножителя частоты, выходы сумматора, вычитателя, фазовращателя и фазоинвертора подключены к соответствующим сигнальным входам коммутатора, первый и второй выходы которых подключены к сигнальным входам ключа, управляющие входы которого подключены к соответствующим, выходам первого блока элементов ИЛИ, выходы дешифратора подключены также к соответствующим входам первого блока элементов ИЛИ, первый и второй управляющие входы коммутатора объединены с соответствующими управляющими входами первого блока элементов ИЛИ, а третий выход коммутатора подключен к другому входу компаратора, выход которого подключен к счетным входам счетчика и триггера, установочные входы которых объединены, при этом выход триггера является выходом умножителя частоты. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2602441/18-09, кл. Н 03 В 19/00, 10.04.78 (прототип).