Умножитель частоты

Со 1 оз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ1758474(28) Приоритет Опубликовано 23.08,80. Бюллетень Рй 31Дата опубликования описания 24.08.80 до делам изобретений и открытий(72) Автор изобретения В. Т, Кондратов Ордена Ленина институт кибернетики АН Украинской ССР(54) УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ Изобретение относится к информационно-преобразовательной технике и может быть использовано 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 11.Однако известный умножитель частоты имеет недостаточно высокую точность коэффициента10 умножения.Цель изобретения - повышение точности ко. эффициента умножения.Для этого в умножитель частоты, содержащий15 сумматор, вычитатель, триггер, счетчик, первый блок элементов ИЛИ и ключ, введены компаратор, один вход которого подключен к выходу ключа, а также фазоврашатель 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 соединенныедополнительно введенные дешифратор, второйблок элементов ИЛИ и коммутатор, при этомвход умножителя частоты, выходы сумматора,вычитателя, фазовращателя и фазоинвертора подключены к соответствующим сигнальным входам коммутатора, первый и второй выходыкоторого подключены к сигнальным входам клю.ча, управляющие входы которого подключенык соответствующим выходам первого блока элементов ИЛИ, выходы дешифратора подключенытакже к соответствующим входам первого блока элементов ИЛИ, первый и второй управля.ющие входы коммутатора объединены с соот.ветствующими управляющими входами первогоблока элементов ИЛИ, а третий выход коммутатора подключен к другому входу компаратора, выход которого подключен к счетным входам счетчика и триггера, установочные входыкоторых объединены, при этом выход триггераявляется выходом умножителя частоты. На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предложенного умножителя часто758474 10 15 20 25 30 3ты; на фиг. 2 - эйюры напряжений, поясняющие его работу.Умножитель частоты содержит сумматор 1,вычитатель 2, фазовращатель 3, фазоинвертор 4,коммутатор 5, блок 6, элементов ИЛИ, дешггфратор 7, счетчик 8, компаратор 9, триггер О,блок 11 элементов ИЛИ, ключ 12, кнопку 13"Установка состояния". Коммутатор 5 состоитиз автоматических переключателей 14, 15 и 16,Блок 6 состоит из элементов ИЛИ 17 - 20,Блок 1 состоит из элементов ИЛИ 21 и 22;23 и 24 - соответственно вход и выход умно.жителя частоты,Умножитель частоты работает следующим 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 Оо(т) (см. фиг. 2, а).С помощью фазовращателя 3 в гармоническое колебание Оо(г) вносится дополнительный60-градусный фазовый сдвиг (напряжениеО (т) на фиг. 2,а). Исходное гармоническоекйгебаниеОо (т) и сдвинутое цо фазе гармоническоее колебание О (т) поступают ца входы суммаРтора 1 и на входы вычитателя 2. В результатена выходах сумматора 1 и вычитателя 2 формируются соответственно суммарное О (т) и разностцое О(т) гармонические колебания (см.фиг. 2 а). На выходе фаэоицвертора 4 форми.руется инвертированное по фазе ца 180 гармоническое колебание О, (т). На сигнальшяе входы первого 14, второго 15и третьего 16 автоматических переключателейпоступают соответственно гармонические коле.бания О (т) и Оо (т), О (т) и О(т), О (т)и О, (т).Исходное положение автоматических переключателей 14, 15 и 16 и ключа 12 (см. фиг. 1)обеспечивается установкой кольцевого счетчика 8 с помощью кнопки 13 в состояние, прикотором на всех, кроме первого, выходах сигнал отсутствует. Триггер 10 при этом устанав. 45ливается в состояние "нуль на его прямомвыходе, Дешифратор 7 построен таким образом, что на его первом выходе сигнал, равный11, появляется в моменты времени поступления на счетчик 8 .го, 7-го, 13-го и т.ц.,(1 + бп)-го импульсов. На втором выходе дешифратора 7 сигнал, равный "1", появляетсяпри поступлении на счетчик 8 .-го, Я-го,4-гои т.д.,(2+ бп)-го импульсов. На третьем, четвертом,пятом и шестом выходах дешифратора 7 сигнал,равный "1", появляется при поступлении ца счетчик 8 соответственно 3 бп)-го, (4+ бп)-го,(5 г бп)-го и (б т бп)-го импульсов (где и -принимает зцачецця О, 1, . 3,и снязагго с чис 4лом цолупериодов п 1 умцожаемого по частотеколебания Оо(т) вьцижеггием и = й 1).гЭпюры напряжений, приведенные ца фиг.2, б - ж, отражают наличие (отмечено )и отсутствие (отмечено "0") импульсов (управляющих работой автоматических переключателей 14, 15 и 16 и ключа 12) соответствецнона 1, 2, 3, 4, 5 и б ом выходах дешифратора7 в определенные моменты времени,При указанном на фиг. 1 положении автоматических переключателей 14 и 15 и ключа 12на первый и второй входы компаратора 9 по.ступают соответственно гармонические колебания О (т) и О (т) (фиг. 2, з) . В моментыравенства мгновенных значений амплитуд сравниваемых колебаний О (т) и От(т) (см, фиг.Ф2, а - моменты времени тг и т соответствующие точкам 1 и 7) на выходе компаратора 9формируются короткие импульсы (см. фиг. 2,о),которые переводят в единичное состояние триг.гер 10 (см. фиг. 2, х), а в кольцевой счетчик8 добавляется второй (в общем случае (2+бп)-ый)импульс, В результате на 2-ом вгходе дешифратора 7 устанавливается "1", а ца 1, 3, 4. 5и 6-ом выходах "0" (см. фиг. 2, б - ж).Прямоугольный импульс со второго выходадешифратора 7 (см. фиг. 2, в) поступает черезэлементы ИЛИ 18, 20 и 22 соответственно цауправляюнгие входы автоматических переключателей5 и 16 и ключа2. При этом автоматические переключатели 15 и 16 удерживаются вположении, указанном на фиг. 1, а ключ 12переводится в положение, противоположное ука.занному на фиг. 1, В результате ца первый ивторой входы компаратора 9 поступают соответственно гармонические колебания О (т) и О, (г)у"(см. фиг 2, и).В моменты равенства их мгновенных значе.ний (фиг, 2 а - моменты времени т, и т, соответствуюшие точкам 2 и 8) ца выходе ком.паратора 9 формируются короткие импульсы(см. фиг. 2,п), которые переводят триггер 1 Ов нулевое состояние (см. фиг. 2, х), а в копь.цевой счетчик 8 добавляется третий (в общемслучае (3+ бп)-ый)импульс. В результате натретьем выходе дешифратора 7 устанавливается(см, фиг. 2, б - ж).Прямоугольный импульс с третьего выходадешифратора 7 (см. фиг. 2, г 1 поступает черезэлементы ИЛИ 17, 19 и 21 соответственно науправляющие входы автоматических переключателей 14 и 15, и ключа 12, При этом автоматический переключатель 14 и ключ 2 устацав.ливаются в положение, указанное на фиг. 1,а автоматический переключатель 15 переводится в положение, противоположное укаэанномуна фиг, 1, В результате ца первый и второйвходы компаратора 9 поступают соответсгвешгп758474 5гармонические колебания О,б,(т) и О(т) (см. фиг. 2, к). В моменты равенства их мгно. венных значений (фиг. 2, а - моменты времени тэ и т, соответствующие точкам 3 и 9) на выходе компаратора 9 формируются короткие импульсы (см. фиг. 2, ра которые переводят триггер 10 в единичное .остояние (см. фиг. 2, х), а в кольцевой счетчик 8 добавляется четвертый (в общем случае (446 п)-ый) импульс. В результате на четвертом выходе дешифратора 7 устанавливается "1", а на 1, 2, 3, 5 и 6-ом выходах - "0" (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 входы автоматического переключателя 15 и ключа 12. При этом автоматический переключатель 15 переводится в положение, указанное на фиг. 1, 2 п а автоматический переключатель 16 и ключ 12 переводятся в положение, противоположное указанному на фиг, 1. В результате на первый и второй входы компаратора 9 поступают соответственно гармонические колебания О (т) и 25 О,б,(т) (см, фиг. 2, л). В моменты равенства мгновенных значений амплитуд гармонических колебаний О (т) и О (т) (фиг. 2,а - момент времени т 4 й 1 ю, соответствующие точкам 4 и 10) на выходе компаратора 9 формируются короткие импульсы (см. фиг, 2, с), которые переводят триггер 10 в нулевое состояние (см. фиг, 2, х), а в кольцевой счетчик 8 до. бавяяееся яяаыв св сбяаеы спучае а 5 + бв) ый) импульс. В результате на пятом выходе дешифратора 7 устанавливается "1", а на 1, 2, 3, 4 и 6-ом выходах . - "0" (см. фиг. 2, б - ж).Прямоугольный импульс с пятого выхода дешифратора 7 (см. фиг, 2, е) поступает непосредственно на управляющий вход автоматического переключателя 14 и через элементы ИЛИ 18 и 21 соответственно на управляющиевходы автоматического переключателя 1 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 гармони а ческие колебания О (т) и Оо(т) (см. фиг,2, м). В моменты равенства мгновенных значений амплитуд гармонических колебаний О (т) и Оо (т) (фиг. 2, а). момент времени т соответствующий точке 5) на выходе компаратора 9 формируются короткие импульсы (см, фиг.2, т), которые переводят триггер 10 в единичное состояние (см. фиг. 2, х), а в кольцевой счетчик 8 добавляется шестой (в общем случае(6 + Ьп 1 ый импульс, В результате на шестомвыходе дешифратора 7 устанавливается "1 "аа на 1, 2, 3, 4 и 5-ом выходах - "0" (см,фиг. 2, б - ж),Прямоугольный импульс с шестого выходадешифратора 7 (см. фиг. 2, ж) поступает через элементы ИЛИ 19, 20 и 22 соответственнона управляющие входы автоматических переключателей 15 и 16 и ключа 12, При этом автоматический переключатель 15 и ключ 12 устанавливаются в положение, противоположноеуказанному на фиг. 1, а автоматический пере.ключатель 16 устанавливается в положение,указанное на фиг. 1. В результате на первыйи второй входы компаратора 9 поступают соответственно гармонические колебания Од(т)и О, (т) (смфиг, 2, н). В моменты равенстваих мгновенных значений (фиг. 2, а, например,момент времени т 6, соответствующий точке 6)на выходе компаратора 9 формируются короткие импульсы (см. фиг. 2, у), которые переводят триггер 10 в единичное состояние (см. фиг, 2, х) .а в кольцевой счетчик 8 добавляется седьмой(в общем случае (1 + 6 п).ый),где и = 1) импульс. В результате на первом выходе дсшиф ратора 7 устанавливается 1", а на 2, 3, 4, 5и 6-ом выходах - "0".Дальше процесс формирования прямоугольно.го напряжения (см. фиг. 2, х) умноженной вшесть раз частоты аналогично повторяется.Как видно из фиг. 2, ф, короткие импульсы,формируемые компаратором 9, следуют с по.стоянным периодом, равным Т 12.Поскольку триггер 10 делит частоту следования коротких импульсов на два, период выходного напряжения триггера 10 будет равен Т/6.Следовательно, частоты выходного напряженияпрямоугольной формы (см. фиг. 2, х) в 6 разпревышает частоту исходного гармоническогоколебания Оо (т).Реализация определенной последовательностиподключения сравниваемых колебаний к входамкомпаратора 9 позволила повысить точностькоэффициента умножения частоты.В предложенном умножителе частоты сравниваются между собой два гармонических колебания, скорость взаимного пересечения которыхзначительно превышает скорость перехода коле.бания через нуль. Это позволило также повысить точность коэффициента умножения и стабильность частоты и фазы выходного напряже.ния.Предложенное устройство нечувствительно кнестабильности гармонического колебания умно.жаемой частоты. Нестабильность амплитуды ис.ходного гармонического колебания в предло.женном умножителе частоты вызывает смещение точек пересечения амплитуд сравниваемыхгармонических колебаний параллельно оси ор758474 динат, что не влияет на стабильность частотыи фазы выходного напряжения и на точностькоэффициента умножения частоты,Таким образом, предложенное техническоерещение позволяет получить значительный тех.нико экономический эффект. формула изобретения 10Умножитель частоты, содержащий сумматор, вычитатель, триггер, счетчик, первый блок элементов ИЛИ и ключ, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности коэффициента умножения, введены компаратор, один вход которого подключен к выходу ключа, а такЖе фазовращатель и фазоинвертор, входы которых объединены с первыми входами сумматора и вычитателя и являются входом умно- жителя частоты, вторые входы сумматора и вычитателя объединены и подключены к выходу фазовращателя, а к выходам счетчика подклю. чены последовательно соединенные дополнительно введенные дешифратор, второй блок элемен. тов ИЛИ и коммутатор, при этом вход умножителя частоты, выходы сумматора, вычитателя,фазовращателя и фазоинвертора подключены ксоответствующим сигнальным входам коммутатора, первый и второй выходы которых подклю.чены к сигнальным входам ключа, управляющиевходы которого подключены к соответствующим.выходам первого блока элементов. ИЛИ, выхо.ды 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 под.ключен к счетным входам счетчика и триггера,установочные входы которых объединены, приэтом выход триггера является выходом умножителя частоты.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР по заявкеИ 2602441/18.09, кл. Н 03 В 19/00, 10.04.78758474 Составитель Н. МатвиенТехред Т. Левадская ктор М. Кос га Редактор Т. Иванов Заказ 5651 48 одписно Тираж 9951 ИИПИ Государственного комитета СССно делам изобретений и открытий3035, Москва, Ж, Раушская наб д. Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,