Удвоитель частоты сигнала Советский патент 1981 года по МПК H03B19/06 

Изобретение относится к импульсной технике, в частности, к устройствам удвоенпя частоты следования прямоугольных импульсов.

Известен удвоитель частоты, содержащий интеграторы, обеспечивающие формирование треугольного напряжения, которое в дальнейшем сравнивается в блоке сравнения с опорным напряжением, равным половине амп.литуды треугольного напрял еиия 1.

Недостаток известного удвоителя заключается в изменении скважности от частоты входного сигнала.

Наиболее близок к предлагаемому удвоитель частоты, содержащий формирователь биполярных импульсов, инвертор, два интегратора, дифференциальный усилитель, логическую схему выделения импульсов удвоенной частоты из сдвинутых на 90° двух прямоугольных сигналов 2.

Недостатком известного удвоителя является также изменение сквал ности выходных импульсов при изменении частоты.

Целью изобретения является повыщение стабильности параметров выходного сигнала.

Поставленная цель лТ.остигается тем, что в удвоитель частоты сигнала, содержащий входной формирователь биполярных импульсов, вход которого соединен с входной шиной, а выход --/с первым интегратором непосредственно, а со вторым интегратором через инвертор, блок сравнения

напряжений, например дифференциаль гый усилитель, входы которого подключены к выходам упомянутых интеграторов, а выход соединен с входным формирователем, введены два ключа и два формирователя импульсов, вход каждого из которых соединен с входной шиной, выход подключен к входу управления одного из ключей, каждый из которых включен между входом и выходом одного .из .интеграторов,

причем второй вход выходного формирователя соединен с входной щиной.

На фиг. 1 представлена функциональная схема удвоителя частоты, а на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его рабгботу.

Выход формирователя биполярных импульсов / подключен к интегратору 2 непосредственно, а к интегратору 3 - через инвертор 4. Накопительный коиденсатор

1нтегратора 2 шунтируется аналоговым ключом 5, управляемый вход которого подсоединен к формирователю 6 коротких импульсов. Накопительный конденсатор интегратора 3 щунтируется аналоговым ключом 7, управляемый вход которого подсоединен к формирователю 8 коротких импульсов. Формирователь 6 коротких импульсов запускается задними фронтами входных импульсов, формирователь 8 коротких импульсов - передними фронтами входных импульсов. Выходные сигналы интеграторов 2 и 5 поступают на блок 9 сравнения напряжений. Выходной формирователь 10 обеспечивает выделение импульсов удвоенной частоты и управляется сигналами с выхода блока 9 и входными импульсами.

Удвоитель частоты работает следующим образом. Выходпые импульсы формирователя биполярных импульсов / (диаграмма «а) по полярности повторяют входные, ria формирователе 6 формируются короткие импульсы, запускаемые задним фронтом входных импульсов (диаграмма «в), а на формирователе 8 формируются короткие импульсы, запускаемые передним фронтом входных импульсов (диаграмма «г).

В начальный момент времени to, соответствующий появлению напряжения питания на удвоителе, на формирователе 6 формируется короткий импульс, который подается на аналоговый ключ 5, открывая последний на время действия короткого импульса, после чего начинается заряд кондепсатора интегратора 2 от отрицательного напряжения формирователя / (диаграмма «хЯ). Напряжение на выходе интегратора 2 возрастяет до момента времени /ь после чего на его входе появляется положительное напряжение, а его конденсатор начинает разряжаться до нулевого значения. В момент, когда треугольное напрял епие должно быть равно нулю, происходит кратковременный разряд конденсатора, затем начинается новый процесс заряда в момент времени 2 и т. д. Каждый период времени обеспечивается стабилизация выходного сигнала интегратора 2 (привязка к нулевой линии) за счет кратковременного разряда конденсатора в моменты, соответствующие нулевому значению треугольного напряжения.

Аналогично работает интегратор «У. Управляемый проннвертированными биполярными импульсами (диаграмма «б) интегратор 3 формирует напряжение отрицательной полярности, начиная от момента времени /о ДО ti, когда аналоговый ключ 7 разрядит конденсатор интегратора 3 до нулевого значения, после чего формируется треугольное напряжение положительной полярности. Привязка к нулевому уровню треугольного напряжения происходит аналогично описаиному выще.

Таким образом, на интеграторах 2, 3 формируются треугольные напряжения одной полярности, но сдвпнутые друг относительно друга на 180°.

Так как интеграторы 2, 3 имеют одинаковые параметры, то сравнение производится в моменты, равные половине амплитуды треугольного напряжения, а следовательно, выходные импульсы сдвигаются относительно входных на 90°.

При изменении частоты входного сигнала одинаково изменяются амплитуды треугольного напряжения на интеграторах 2, 3, а так как сигналы всегда привязаны к нулевому уровню благодаря кратковременным разрядам конденсаторов, то сравнение происходит всегда в середине амплитуды треугольного напряжения. Так, на диаграммах показан момент изменения частоты входного сигнала, начиная с момента времени /4- При этом на интеграторе 2 напряжение соответствовало нулевому, ноэтому без переходного процесса треугольное напряжение сразу изменило свою амилитуду (диаграмма «д).

На интеграторе 3 напряжение соответствовало максимальному, и в момент tr, момент изменения полярности биполярного сигнала напряжение на выходе интегратора 3 не соответствовало нулевому уровню,

и только замыкание аналогового ключа 5 разряжает конденсатор интегратора У до нуля, после чего начинается установивщийся процесс.

Наличие инвертора 4 не является обязательным. При его исключении треугольные напряжения также будут сдвинуты на 180°, но иметь разную полярность. Сравнение будет также происходить в середине амплитзды треугольного напряжения при

подаче выходных напряжений интеграторов 2, 3 на соответствующие входы блока 9 сравнения напряжений.

Благодаря наличию кротковременного разряда конденсаторов ликвидируется сползанне треугольных напряжений в сторону насьпцення, и форма сигнала поддерживается постоянной.

Диапазон умноженных частот определяется пределами тех частот, при которых сохраняются форма и линейность треугольных наиряжений для больщнх амплитуд (низкая частота) и чувствительностью блока сравнения для малых амплитуд (высокая частота).

Диапазон может быть расщирен, если формирователь / биполярных импульсов построить так, чтобы с увеличением частоты пропорционально изменилась амплитуда биполярных импульсов. При этом точность преобразовапия частоты в напряжение не оказывает влияния в больщом диапазоне частот, так как треугольные напряжения двух интеграторов одинаковы, а сравнение производится на середине амплитуд.

Удвоитель частоты следования нрямоугольных импульсов создан для работы с

преобразователем «частота - напряжение

низкочастотного диапазона. Выходное напряжение преобразователя измерялось стрелочным аналоговым прибором. При работе без удвоителя частоты пульсации выходного напряжения преобразователя, выводимого на прибор, заметны для глаза и затрудняют правильный отсчет по шкале.

Удвоение частоты делают пульсации более высокочастотными, незаметными для глаза.

Формула изобретения

Удвоитель частоты сигнала, содержаший входной формирователь биполярных импульсов, вход которого соединен с входной шиной, а выход соединен с первым интегратором непосредственно, а со вторым интегратором через инвертор, блок сравнения напряжений, например дифференциальный усилитель, входы которого подключены к выходам упомянутых интеграторов, а выход соединен с выходным формирователем, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности параметров выходного сигнала, в него введены два ключа и два формирователя импульсов, вход каждого из которых соединен с входной шиной, выход подключен к входу управления одного из ключей, каждый из которых включен между входом и выходом одного нз интеграторов, причем второй вход выходног э формирователя соединен с входной шиной.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1Авторское свидетельство СССР № 524304, кл. Н 03 В 19/00, 20.09.74.

2Авторское свидетельство СССР № 516173, кл. Н 03 В 19/00, 31.05.73 (прототип).

//