Преобразователь частоты в напряжение Советский патент 1982 года по МПК H03K9/06 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ В НАПРЯЖЕНИЕ

t

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для обработкн сигналов, поступающих от детекторов ионизирующих излучений.

Известен преобразователь частота - напряжение содержащий формирователь импульсов постоянной вольт-секундной площади и фильтр 1

Недостатком преобразователя является низкая чувствительность на высоких частотах.

Известен преобразователь частоты в напряжение, содержащий генератор тактовых импульсов, к первому выходу которого подключен первый вход синхронизатора, а ко второму выходу - первый вход устройства вычитания частот, счетчик импульсов и фильтр нижних частот, выход которого соединен с выходной щи ной преобразователя (2).

Недостатком известного устройства также является низкая чувствительность на высоких частотах.

Цель изобретения - повыщение чувствительности преобразователя на высоких частотах.

Поставленная цель достигается тем, что в известный преобразователь частоты в напряжение, содержащий генератор тактовых импульсов, к первому выходу которого подключен первый вход синхронизатора, а ко второму выходу - первый вход устройства вычитания частот, счетчик импульсов и фильтр нижних чатсот, выход которого соединен с выходной щиной преобразователя, введен триггер, входы которого подключены к выходам

to устройства вычитания частот, а выход подключен ко входу фильтра нижних частот, причем второй вход устройства вычитания частот соединен с выходом синхронизатора, вход счетчика импульсов соединен со входной шиной преобразователя,

IS а выход - со вторым входом синхронизатора.

На фиг. 1 приведена блок-схема преобразователя; на фнг. 2 - экспериментально полученные характернстаки макета преобразователя.

20

Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, синхронизатор 2, счетчик 3 импульсов, причем входы синхронизатора 2 подключены к выходам генератора 1 и счетчика 3,

Э900

устройство 4 вычитания часго, входы которого подключены к выходам генератора I н синхронизатора 2, триггер 5, входы которого подключены к выходам устройства 4, а выход - ко входу фильтра 6 нижних частот.

Кривая 7 (фиг. 2) получена при подаче на вход преобразователя снгнала от генератора импульсов (регулярная последовательность импульсов), а остальные кривые получены при подаче на вход преобразователя снгнала от детектора ионизирующих излучений (последовательность статистически распределенных импульсов) для разных объемов счетчика 3 числа импульсов - кривая 8 для восьми триггеров, кривая 9 для четырех триггеров, кривая 10 для двух триггеров, кривая 11 получена при подаче входного сигнала на вход синхронизатора 2, т.е, при коэффициенте пересчета счетчика 3, равном единице.

Преобразователь работает следующим образом.

Генератор 1 вырабатывает две последовательности импульсов с частотами F, и Fj. при этом Fj FI и импульсы F) и р2 не совпадают во времени. На каждый импульс, пришедший со счетчика числа 3 импульсов, синхронизатор пропускает на вход устройства 4 вычитания частот один импульс из последовательности FJ. Таким образом, на один вход устройства вычитания частот поступает последовательность импульсов F), а на другой его вход поступает последовательность импульсов РЭ, импульсы которой приходят синхронно с импульсами последовательности FJ и поэтому не совпадают во времени с импульсами последовательности FI, что необходимо для нормальной работы устройства вычитания частот, при этом FI (3)

где f- - частота входной последовательности импульсов; V - коэффициент пересчета счетчика 3 импульсов.

Если FI FS, то разностная частота с устройствами 4 вычитания частот поступает только на нулевой вход триггера 5, и триггер находится в нулевом состоянии, а если FI FS, то разностная частота поступает только на едини«шый вход триггера 5, и триггер находится в единичном состоянии.

Таким образом, при подаче на входе преобразователя сигнала от генератора импульсов (регулярная последовательность импульсов), характеристика преобразователя имеет вид ступеньки (кривая .7, фиг. 2), при этом выходное напряжение равно нулю, если и равно едияице. если FX VFi.

Если второй вход синхронизатора 2 подключить к выходу детектора ионизирующих излучений (отсутствие счетчика импульсов соответствует случаю V 1), на вход преобразователя поступает последовательность статистически распределенных импульсов, вероятность появления которых в заданном интервале подчиняется закону Пуассона. В таком случае мгновенное значение частоты входного сигнала (величина, обратная периоду между двумя входными импульсами) может значительно отличаться, от средней частоты входного сигнала как в одну, так и в другую сторону.

Если среднее значение f равно F,, то вероятность того, что мгновенное значение F больше FI рарна вероятности того, что оно меньше F, и равно 0,5. В зтом случае триг- тер 5 переходит из нулевого состояния в единичное и обратно так, что среднее значение коэффициента заполнения последовательности импульсов на его выходе равно 0,5, и иапряжение иа выходе преобразователя, выделенное фильтром 6, равно половине от напряжения, соответствующего единице.

При отклонении среднего значения F, в сторону повыше1шя частоты возрастает вероятность нахождения триггера 5 в единичном состоянии, и напряжение на выходе преобразователя повысится. При отклонении среднего значе:чия F в сторону уменьшения частоты возрастает вероятность нахождения триггера 5 в нулевом состоянии, и напряжение на выходе преобразователя понижается. Зависимость выходного напряжения преобразователя от среднего значения частоты импульсов, статистически распределенных во времени по закону Пуассона, в случае подачи их на вторся вход синхронизатора 2 приведена на фиг. 2, кривая 11.

Если последовательность импульсов, статистически распределенных во времени, подать на вход счетчика 9 импульсов объемом V, то на вход синхронизатора 2 поступает только каждый V-й импульс из входной последовательности.

При выборке каждого V-ro импульса из пуассоновского потока образуются эрлаиговы потоки, которые отличаются от пуассоиовских большей равномерностью, при этом с ростом V возрастает равномерность потока. В этом случае характеристики преобразователя находятся между ступенчатой кривой 7 (фиг. 2) для периодического сигнала (бесконечно большая крутизна) и кривой И (фиг. 2) для случая V 1. Кривая 10 (фиг. 2) соответствует двум триггерам V 4, кривая 9 - четырем триггерам V 16, кривая 8 - восьми триггерам V 256, при этом при изменении V соответственно изменялось и значение F1. 590 Чувствительность преобразователя является функцией числа триггеров счегшкя 3 и возрастает с увели 1еннем их числа. Число триггеров счегшка числа импульсов есть величина коиструктивная, допоп1штельной иестабильности в преобразование ие вносит, поэтому чувствительность предлагаемого преобразования может быть весьма высокой и ограш{чивается только ста&сльностью частоты генератора тактовых импульс(ж. Предлагаемый преобразователь обладает болышж чувствительностью при использовании его как на высоких частотах, так и на низких частотах, его легко вьшаг{ ть на интегральных микросхемах, для его перестройки по диапазону достатовдо изменения одного параметра - частоты генератора тактовых импульсов. Формула изобретения Преобразователь частоты в напряжение, содержащий генератор тактовых импульсов.

/i

/ Л

N/

6%/Х

.

фиг1 к первому выходу которого подключи первый вход синхрониз тора, а ко второму выходу - первый вход устройства вычитания частот, счетчик импульсов и фильтр нижних частот, выход которого соединен с выходной шиной преобразователя, отличающийс я тем, что, с целью повышения чувствительности, в него введен триггер, входы которого пошелкмены к выходам устройства вычитания частот, а выход подключен ко входу фильтра нижних частот, причем второй вход устройства вычитания частот соединен с выходом синхронизатора, вход счетчика импульсов соединен со входной шивсй преобразователя, а выход со вторым входом синхронизаторе. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР N 519640, кл. 3 Н 03 К 9/06, 18.02.74. 2.Авторское свидетельство СССР № 600716, кл. 3 Н 03 К 9/06, 05.03.76 (прототеп).