Умножитель частоты

О П И С А Н К Е (о;.,;.ИЗОБРЕТЕН МЯ Союз Советских Социалистических Респубпик(Я) м, кл, И О 2 МБЛ Государственный намнте Совета Мнннстроа СССР ва делам нзооретеннй) Прио т 5 о,т УП 6233 . 268 (088,8 кованоО 5,66,78,Бюллетень2 43) О открыт Дата опубликования описаиия 18,1)5,78 Л. Гпузм и, П, Миповзоров, М. П, Морозов 10 цин 2) Авторы изобретения Рыбинский ионный техиопот ический ииггитут(7 итель МНОЖИТЕЛЬ ТЫ Изобретение относится к автоматике и радиотехнике, может найти применение в различных устройствах для преобразования инфор.мации, а также для умножения частот инфра-низкого диапазона.Известны умножители частоты на магнитных элементах, принцип действия которых основан на сложении полуволн вторичных ЭДСряда последовательно соединенных пиктрансформаторов 11,Известны также умножители частоты наоэлектронных лампах и полупроводниковых приборах, принцип действия которых основан напреднамеренном искажении входных колебаний, приводящем к появлению высших гармоник, с последующим выделением необходимойгармоники резонансными избирательными элементами 2,Известны также оптимальные умножителичастоты на электронных лампах, работа которых основана на синтезировании вольт-амперных характеристик специальной формы, приближающейся к форме полинома Чебышевасоответствующего порядка,. с целью выделениянеобходимой гармоники с одновременным под;.нлением остальных гармоник 3.Кроме того известны ступенчатый магниттпнй умножитель частоты, позволяюгций изменять коэффициент умножения без схемных изменений 41, а также умножнтель частоты 51 на к 1 агннтных сердечниках, позволяюгций получить выходной импульсный сигнал умноженной частоты путем поочередного перемагничивания всех сердечников импульсными сигналами двух управляющих обмоток. Поочередность перемагпичивания сердечников во времени достигается за счет различных чисел витков в, одной из цепей управляюцих обмоток, а значит и раз. личных МДС, созданных в сердечниках, Коэф. фициент умножения схемы равен числу кольцевых сердечников,Недостатки известных умножителей частоты 1) Умножители частоты на пиктрансформаторах при больших коэффициентах умножения тп имеют весьма сложную схему, включающую гп трансформаторов.2) Умножители частоты с избирательными схемами обладают низкой эффективностью, так как с увеличением номера выделяемой гармони. ки резко уменьшается ее амплитуда, поэтому на ряду с фильтрацией требуется дополнительное усиление выходного сигнала,3) Оптимальные умножители частоты с боль шим коэффициентом умножения гп трудно реализуемы, имеют сложную схему и неизменныйи ри данной схеме коэффициент умножения, регулировка которого невозможна.4) Ступенчатый магнитный умножитель частоты имеет сложную схему и весьма узкий диапазон в области инфранизких частот.Прототипом предлагаемого устройства является умножитель частоты (5, содержащий формирователь амплитудно-модулированного сигнала и ферромагнитные сердечники с расположенными на них обмотками управления, каждая из которых включена в одну из двух последовательных цепей, и выходными обмотками, соединенными последовательно по схеме сложения, причем обмотки управления первой из цепей имеют на каждом сердечнике разное число витков и каждая из них включена встречно по отношению к соответствующей обмотке второй цепи.Это устройство имеет значительные массу и габариты; в спектре выходного сигнала имеется первая гармоника частоты входного сигнала, по величине сравнимая с амплитудой сигнала умноженной частоты; плохая форма выходного сигнала не позволяет использовать его для квазиидеального умножения; нижний предел частотного диапазона ограничен постоянной времени первой цепи обмоток управления, из-за чего устройство не может быть использовано в диапазоне инфранизких частот.Предлагаемое устройство отличается тем,что в него введены соединенные последовательно дополнительные обмотки, расположенные по одной на каждом сердечнике и подключенные к формирователю амплитудно-модулированного сигнала, который через выпрямитель соединен со второй из последовательных цепей. Концы первой цепи соединены с выводами для подключения источника постоянного напряжен ия, а выходные обмотки - с выходными выводами через вспомогательную детектируюшую цепочку, причем обмотки второй цепи и выходные обмотки имеют на каждом сердечнике различное число витков.Минимальное количество сердечников равно при четном коэффициенте умножения половине его значения, а при нечетном - половине этого коэффициента, увеличенной на един ицу.Указанные отличия позволяют расширить функцион; льные возможности устройства, улучшить форму выходного сигнала и уменьшить его массу и габариты.На ц иг. 1 изображена принципиальная схема предлагаемого умножителя частоты; на фиг. 2 - графическая иллюстрация процесса умножения частоты.Умножитель частоты состоит из формирователя амплитудно-модулированного сигнала на двух ферромагнитных кольцевых сердечниках 1 и 2, шестиполюсника, реализующего амплитудную характеристику гребенчатого вида, и детектирующей цепи, включающий в себя вентиль 3 и конденсатор 4, На каждом сердечнике формирователя расположена система обмоток, причем одноименные обмотки сердечников полностью идентичны. Обмотки % сердечников, включенные последовательно и сог ласпо, подсоединены к источнику модулируюшео входного сигнала Ъ. Обмотки %, соединенные последовательно и встречно; подключены к источнику сигнала несущей частоты (2 н, Обмотки Юз, с которых снимаются ампли 20 тудно-модулированный сигнал, включены последовательно и встречно. Шестиполюсник, реализующий характеристику гребенчатого вида,представляет собой последовательность п, п 2и кольцевых ферромагнитных сердечников ссистемами обмоток на них,Сердечники выполняются из материала спетлей гистерезиса, близкой к прямоугольной(ферриты, пермаллой и т,п.), Каждый сердечник с системой обмоток является по существууправляемым трансформатором, имеющим определенного вида амплитудную характеристику.Максимально возможный коэффициент умножения для данной схемы равен удвоенномуколичеству сердечниковшестиполюсникап, = 2 п,.На каждом из п сердечников расположенычетыре обмотки: две обмотки переменного тока(дополнительная %4 и выходная %) и двеобмотки управления (обмотка опорного подмагничивания %6 и обмотка%,), являющиесяобмотками постоянного тока, Одноименные об 5 мотки, за исключением обмоток управления ивыходных обмоток, выполнены с одинаковымчислом витков, цополнительные обмотки %,.являющиеся первичными обмотками управляемых трансформаторов, соединены последовательно и подключены к выходной цепи формирователя амплитудно-модулированного сигнала. Обмотки опорного подмагничивания %6,служащие для начального насыщения сердечников, соединены последовательно и подключены к источнику постоянного напряжения нез 5 изменной величины. Обмотки управления %7,предназначенные для изменения магнитного состояния сердечников одновременно с изменением амплитуды входного сигнала, соединеныпоследовательно и подключены через выпрямительный мост 5 к выходу формирователя.4 Выходные обмотки %, являющиеся вторичными обмотками управляемых трансформаторов,соединены последовательно и согласно, т.е. посхеме сложения и подключены ко входу детектирующей цепи. С конденсатора этой цепи45 снимается напряжение д.Работает предлагаемый умножитель частоты следующим образом, В исходном состоянии,при отсутствии сигналов на обмотках Юи%, все сердечники п, п 2 пшестиполюсника под действием МДС обмоток опорного подмагничивания ЪЧ 6 насыщены. При поступлениина входные обмотки Ч гармонического сигнала 1.1451 па( с частотой а. и на обмоткиЮг сигнала 0 з(п а 1 несущей частотыа) (о) ) ) а ) в выходных обмотках Фз транс 55формируется амплитудно-модулированный сигнал с частотой модуляции л.Принципиально возможно было бы построение модулятора на одном кольцевом сердечнике. Однако при этом значительно искажаетсяформа выходного сигнала, в связи с чем воз 60 никает необходимость во втором сердечникес системой обмоток, играющем роль компенсирующего элемента. Сигнал на выходе модулятора искажается в связи с тем, что в спектре сигнала, трансформированного в обмотках %, появляется составляющая частота а. Выполнение модулятора на двух сердечниках позволяет исключить этот эффект за счет согласного включения обмоток%1 и встречного включения обмоток %. Амплитудно-модулированный сигнал с выхода формирователя поступает на последовательно соединенные обмотки Ъшестиполюсника, реализующего характеристику гребенчатого вида.Рассмотрим результат воздействия амплитудно-модулированного сигнала на данный шестиполюсник за интервал времени, равный одному периоду Т частоты огибающей О. По мере возрастания сигнала на входе шестиполюсника от нулевого значения до некоторой величины степень насыщения каждого сердечника изменяется в сторону уменьшения. Это объясняется тем, что вместе с ростом амплитуды входного сигнала растут МДС обмоток управления %, создающие в каждом сердечнике магнитное поле, действующее навстречу полю, созданному соответствующей обмоткой %.При некотором значении амплитуды входного сигнала поля обмоток % и %7 оказываются скомпенсированными, а дальнейший рост амплитуды входного сигнала вновь приводит сердечник к насыщению, но уже под действием поля обмотки управления %. Следовательно, изменение амплитуды входного сигнала вызывает вначале возрастание амплитуды выходного сигнала каждого управляемого трансформатора от нуля до некоторого максимального значения, а затем убывание вновь до нуля. Таким образом, амплитудная характеристика Юе = 1 Зс,) любого гп-ного управляемого трансформатора имеет колоколообразный вид.Так как обмотки %; всех сердечников соединены последовательно и согласно, то на выходе шестиполюсника складываются выходные ЭДС отдельных управляемых трансформаторов, При этом в связи с тем, что обмотки управления %; выполнены с различными числами в итков, колоколообразные характеристики окавываются смещенными друг относительно друга, а,выполнение условия - "= - " - " - " - делает их равноотстояшими между собойпо оси абсцисс, Результирующая характеристика шестиполюсника, определяем,ая как сумма всех колоколообразных характеристик 0 с.= 1 (Ы), имеет вид гребенчатой;кривой.Число максимумов этой кривой определяется количеством управляемых трансформаторов.Выполняя обмотки % с неодинаковыми числами витков, можно добиться равенства всех максимумов гребенчатой характеристики.Вид гребенчатой характеристики шестиполюсника представлен на фиг. 2 графическая зависимость Ь = ( (Ц) . Графическая иллюстрация амплитудно-модулированного колебания на входе шестиполюсника дана на графике 1= (1). Зависимость от времени выходного напряжения Б, (1) умножителя частоты пред Формула изобретения 55 60 5 10 15 20 25 зо 35 40 45 50 ставлена также на фиг. 2. За один период Т изменения огибающей сигнала Ц поступающего на вход шестиполюсника, амплитуда огибающей выходного сигнала изменяет свое значение от максимального до минимального 2 п, раз в связи с тем, что выходная характеристика шестиполюсника имеет гребенчатый вид.Следовательно, амплитудно-модулированный сигнал, прошедший через указанный шестиполюсник, имеет частоту огибающей, в 2 п, раз большую, т.е, 2 п,а, Как видно из графиков Щ 1) и Уд. (И,) (фиг. 2), умножщме частоты в 2 п раз должно происходить при определенной амплитуде сигнала, чтобы амплитуда огибающей при своем изменении проходи- ла п,максимумов гребенчатой характеристики Ы,(3.). Отсюда следует вывод, что изменяя дискретно амплитуду Усигнала 0 на величину, равную полуинтервалу между двумя соседними максимумами гребенчатой характеристики, можно изменять коэффициент умножения, так как количество тех максимумов, которые будет охватывать огибающая амплитудно-моду. лированного сигнала, различно. Коэффициент умножения можно изменять, таким образом, от максимального значения 2 п,до минимального значения 2, причем он может принимать все промежугочные значения 3, 4, 5 ид. Таким образом, максимальный коэффициент умножения предлагаемого умножителя частоты равен числу полуинтервалов между соседними максимумами гребенчатой кривой шестиполюсника, которые охватывает амплитуда огибающей амплитудно-модулированного сигнала. Следовательно, минимальное количество сердечников шестиполюсника, необходимое при заданном коэффициенте умножения гп, равно при четном т половине его значения, а при нечетном гп - половине этого коэффициента, увеличенного на единицу.Кроме преимущества; заключающегося в возможности регулировки коэффициента умножения, предлагаемая схема умножителя частоты обладает простотой, высокой надежностью, имеет малые габариты и вес, обеспечивает хорошую форму выходного сигнала.В данной схеме имеется принципиальнач в озможность при небольших коэффициентах умножения (не более 5 - 6) получить выходной сигнал, весьма близкий по форме к идеальной синусоиде.Наличие на выходе схемы детектируюшей цепи позволяет выделить полезный сигнал, изменяющийся с умноженной частотой огибающей. 1. Умножитель частоты, содержащий формирователь амплитудно-модулированного сигнала и ферромагнитные сердечники с расположенными на них обмотками управления, каждая из которых включена в одну из двух последовательных цепей, и выходными обмотками, соединенными последовательно гю схеме сложения, причем обмотки управления первой6111214 ауФь иг. Составитель Л. Устинкина ехред О. Луговая Корректор А. Гриценко нраж 892 Подписное едактор Б. федотовакаа 803 /46 в ССС 1 ИИПИ Государст по дел 1 3035, Мос Филиал ПППМнннстрьтийаб. и.1 роек ве о енного коннте(а Сом изобретений ива, Ж 85. РауаскПатент, г. Ужгород 5ная из цепей имекэт на кждох сердечнике разное число витков и каждая из них вклкчена всречно по отношению к соответствуюцей обмотке второй цепи, отличающийся тем, что, с цс. лью расширения функциональных возможностей, улучшения формы выходного сигнала и уменьшения массо-габаритных показателей, в схему введены соединенные последовательно дополнительные обмотки, расположенные по одной на каждом сердечнике и подключенные к формирователю амплитудно.модулированного сигнала, который через выпрямитель соединен со второй из последовательных цепей, концы первой цепи соединены с выводами для подключения источника постоянного напряжения, а выходные обмотки соединены с выходными выводами через вспомогательную детектируюгцую цепочку, причем обмотки второй цепи и выходные обмотки имеют на каждом сердечнике различное число витков. 2. Умножитсль часогы по и. 1, оттичинигицчтотгг колиество 1)дс ков равно нри четном коэффициенте улсения половине его значения, а нри нечетном половине этого коэффициента, уе,ино нн единицу. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Авторское свидетельство СССР1 54726, ъО Н 02 М 5/16 19632, Ризкин И. Х. Умножители и делители час.тоты, М., Связь, 1966. 3. Аралов М, С. Оптимальный пентодный умножитель частоты на четыре, Радиотехни. ка, 1969, т. 24,7.4. Патент США3229192, 321- - 68, 966.5. Патент США3262048, кл. 321 - 68, 1966,