Умножитель частоты

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК М 51) Н 03 В 19/00 д ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) 1, Авторское свидетельство СССР Р 636771, кл. Н 03 В 19/00, 1977.2, Авторское свидетельство СССР 9 1007181, кл. Н 03 В 19/00, 1980 (прототип).(54)(57) УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, содержащий последовательно соединенные источник симметричного прямоугольного напряжения, Формирователь напряжения треугольной формь, амплитудный детектор и блок сравнения, выход источни-ка симметричного прямоугольного напряжения подключен также к входу дифференцирующего блока,выход которого соединен с входом инвертора и с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу инвертора, выход элемента ИЛИ соединен со счетным входом выходного триггера, прямой выход которого является выходом умножителя частоты, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения стабильности коэффициента умножения, введены последовательно соединенные первый однополупериодный выпрямитель, первый управляемый аттенюатор и вычитатель, последовательно соединенные второй однополупериодный выпрямитель и второй управляемый аттенюатор, выход которого подключен к другому входу вычитателя, выход которого подключен к другому входу блока сравнения, а также введены блок установки нуля, нуль-орган, первый дополнительный инвертор, первый дополнительный дифференцирующий блок, последовательно соединенные второй дополнительный инвертор и второй дополнительный дифференцирующий блок, последовательно соединенные первый доБО 11072 Я А полнительный триггер, первый элемент И и первый демодулятор, выход которого подключен к управляющему входу первого управляемого аттенюатора, последовательно соединенные второй дополнительный триггер, второй элемент И и второй демодулятор, выход которого подключен к управляющему входу второго управляемого аттенюатора, введен также третий дополнительный дифференцирующий блок, вход которого подключен к выходу блока сравнения, а выход - к третьему входу элемента ИЛИ и к входу третьего дополнительного ин-вертора, выход которого подключен к четвертому входу элемента ИЛИ,выход дифференцирующего блока подключен также к установочному входу Я выходного триггера и к единичному входу первого дополнительного триггера, нулевой вход которого подключен к вь;ходу первого дополнительного дифференцирующего блока и к первому вьходу блока установки нуля, выход инвертора подключен также к единичному входу второго дополнительного триггера, нулевой вход которого подключен к выходу второго дополнительного дифференцируюшего блока и к второму выходу блока установки нуля, выход источника симметричного прямоугольного напряжения подключен . также к входам блока установки нуля, йервого дополнительного инвертора и к управляющему входу перВого демодулятора, управляющий вход второго демодулятора подключен к выходу перво-, фЮ го дополнительного инвертора, выход Формирователя напряжения треугольной формы подключен также к входам первого и второго однополупериодных выпрямителей и к входу нуль-органа, выход которого подклкчен к входам первого дополнительного дифференцирующего блока и второго дополнительного инвертора, при этом прямой1107261 выход выходного триггера подключен к другому входу первого элемента И,Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано вустройствах, предназначенных дляумножения частоты с использованиемисточника симметричного прямоугольного напряжения опорной частоты, и визмерительной технике.Известен умножитель частоты,содержащий формирователь напряжения треугольной формы, а такжедва блока сравнения, первые входыкоторых соединены с соответствующими выходами формирователя опорныхнапряжений Г 1,Однако этот умножитель частотыимеет низкую стабильность коэффициен"та умножения.Наиболее близким техническимрешением к изобретению являетсяумножитель частоты, содержащийпоследовательно соединенные источник 20симметричного прямоугольного напряжения, формирователь напряжениятреугольной формы, амплитудныйдетектор и блок сравнения, выходисточника симметричного прямоугольного напряжения подключен также квходу дифференцирующего блока, выходкоторого соединен с входом инвертораи с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу инвертора, выход элемента ИЛИсоединен со счетным входом выходноготриггера, прямой выход которогоявляется выходом умножителя частоты,а также другой блок сравнения, одинвход которого подключен к другомувыходу амплитудного детектора, приэтом вторые входы блоков сравненияподключены к выходу формирователянапряжения треугольной формы, авыходы - к соответствующим входам 40элемента ИЛИ 21Однако известный умножитель частоты обеспечивает недостаточновысокую стабильность коэффициентаумножения. 45Цель изобретения - повышениестабильности коэффициента умножения.1Цель достигается тем, что в умножитель частоты, содержащий последовательно соединенные источник симметричного прямоугольного напряжения,формирователь напряжения треугольнойформы, амплитудный детектор и блоксравнения, выход источника симметричного прямоугольного напряжения55подключен также к входу дифференцируа инверсный выход - к другому входувторого элемента И. ющего блока, выход которого соединенс входом инвертора и с первым входомэлемента ИЛИ, второй вход которогоподключен к выходу инвертора, выходэлемента ИЛИ соединен со счетнымвходом выходного триггера, прямойвыход которого является выходом умножителя частоты, введены последовательно соединенные первый однополупериодный выпрямитель, первый управляемыйаттенюатор и вычитатель, последовательно соединенные второй однополупериодный выпрямитель и второй управляемый аттенюатор, выход которогоподключен к другому входу вычитателя,выход которого подключен к другомувходу блока сравнения, а также введены блок установки нуля, нуль-орган,первый дополнительный инвертор, первый дополнительный дифференцирующийблок, последовательно соединенныевторой дополнительный инвертор.ивторой дополнительный дифференцирующий блок, последовательно соединенные первый дополнительный триггер,первый элемент И и первый демодулятор, выход которого подключен куправляющему входу первого -управляемого аттенюатора, последовательносоединенные второй дополнительныйтриггер, второй элемент И и второйдемодулятор, выход которого подключен к управляющему входу второгоуправляемого аттенюатора, а такжевведен третий дополнительный дифференцирующий блок, вход которого подключен к выходу блока сравнения, авыход - к третьему входу элементаИЛИ и к входу третьего дополнительного инвертора, выход которого подключен к четвертому входу элементаИЛИ, выход дифференцирующего блокаподключен также к установочномувходу выходного триггера и к единичному входу первого дополнительноготриггера, нулевой вход которогоподключен к выходу первого дополнительного дифференцирующего блокаи к первому выходу блока установкинуля, выход инвертора подключен также к единичному входу второго дополнительного триггера, нулевой входкоторого подключен к выходу второгодополнительного дифференцирующегоблока и к второму выходу блока установки нуля, выход источника симметричного прямоугольного напряженияподключен также к входам блока устанрвки нуля, первого дополнительногоинвертора и к управляющему входупервого демодулятора, управляющийвход второго демодулятора подключенк выходу первого дополнительногоинвертора, выход формирователя напряжения треугольной формь подключен 5также к входам первого и второгооднополупериодных выпрямителей и квходу нуль-органа, выход которогоподключен к входам первого дополнительного дифференцирующсго блока и второ- сго дополнительного инвертора, приэтом прямой выход выходного триггераподключен к другому входу первогоэлемента И, а инверсный выход - кдругому входу второго элемента И.На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема умножителячастоты; на Фиг. 2 и 3 - диаграммы,поясняющие его работу.умножитель частоты содержит источник 1 симметричного прямоугольногонапряжения, блок 2 установки нуля,формирователь 3 напряжения треуголь. ной формы, нуль-орган 4, амплитудныйдетектор 5, первый и второй однополупериодные выпрямители б и 7, первый 25и второй управляемые аттенюаторы 8и 9, вычитатель 10, блок 11 сравнения, дифференцирующий блок 12, инвертор 13, элемент ИЛИ 14, выходнойтриггер 15, первый, второй и третий 30дополнительные дифференцирующие .блоки 16 - 18, первый, второй и третий дополнительные инверторы 19 - 21,первый и второй дополнительные триггеры 22 и 23, первый и второй элемен- З 5ты И 24 и 25, первый и второй демодуляторы 26 и 27.Умножитель частоты работает следующим образом.Напряжение с выхода источника1 симметричного прямоугольного напряжения(фиг.2 а)поступает на вход блока2 установки нуля, в котором за произвольный промежуток времени фиг.2)прямоугольное напряжение Формируетсяв треугольное напряжение (фиг.2 д), 45затем в прямоугольные импульсы(фиг,26) и в виде положительных импульсов,фиг, 2 г)напряжение с выходовблока 2 установки нуля подается нанулевые входы первого и второго дополнительных триггеров 22 и 23, устанавливая их в состояние, при которомна их выходах присутствуют нулевыепотенциалы,фиг. 2 ч,ш),Напряжение с выхода источника 1симметричного прямоугольного напряжения(фиг.с)поступает также навход формирователя 3 напряжениятреугольной формы, С его выхода напряжение (фиг. 2 е)поступает на амплитудный детектор 5, на первый и второй однополупериодные выпрямители би 7 и на. нуль-орган 4. На выходеамплитудного детектора 5 формируетсяпостоянное напряжение (фиг. 2 - прямаялиния , которОе подается на блок 11 65 сравнения. На выходе первого однополупериодного выпрямителя б формируются треугольные импульсы напряжения отрицательной полярности,фиг,2 и,соответствующие по фазе отрицательным полупериодом треугольного напря-жения (фиг. 2 е). На выходе второгооднополупериодного выпрямителя 7формируются треугольные импульсынапряжения положительной полярности,фиг. 2 щ), соответствующие по фазеположительным полупериодам треугольного напряжения(фиг.2 е),С выходов первого и второго однополупериодных выпрямителей 6 и 7,импульсы проходят соответственно через первый и второй управляемые аттенюаторы 8 и 9 и поступают на входы вычитателя 10. В результате на выходе вычитателя 10 формируется периодическое треугольное напряжение (фиг. 2 к - треугольная линия), частота которого вдвое выше частоты формировагеля 3 напряжения труегольной форлы.В блоке 11 сравнения происходит сравнение постоянного напряжения с выхода. амплитудного детектора 5 и треугольного напряжения с выхода вычитателя 10. Величина постоянного напряжения с выхода амплитудного детектора 5 устанавливается равной 0,33 от амплитуды вцходного треугольного напряжения вычитателя 10(например, с помощью делителей, которые могут быть установлены как в выходных цепях амплитудного детектора 5, так и во входных цепях блока 11 сравнения), На выходе блока 11 сравнения формируется прямоугольное напряжение с широтно-импульсной модуляцией (фиг.2 н), которое дифференцируется в третьем дополнительном дифференцирующем блоке 18(фиг. 2 в) и инвертируется третьим дополнительным инвертором 21 (фиг. 2 п), Выходное напряжение источника симметричного прямоугольного напряжения 1 дифференцируется дифференцирующим блоком 12 (фиг.2 л) и инвертируется инвертором 13 (фиг. 2 м). Положительные импульсы, полученные в результате дифференцирования и инвертирования прямоугольного напряжения ;фиг.2 а)и прямоугольного широтно-импульсного напряжения (фиг. 2 н), подаются на элемент ИЛИ 14, на выходе которого формируется периодическая последовательность положительных импульсов (фиг. 2 т). Эти импульсы подаются на счетнь;й вход выходного триггера 15, на выходах которого формируется периодическое симметричное напряжение прямоугольной формы фиг. 2 ц - прямой выход, фиг, 2, - инверсный выход.Частота выходного напряжения выходного триггера 15 в три раза вышечастоты симметричного прямоугольногонапряжения источника 1 симметричного прямоугольного напряжения (фиг. 2 о).Для того, чтобы на прямом выходе выходного триггера 15 начало формирования симметричного прямоугольного 5напряжения соответствовало положительному фронту источника 1 симметричлого прямоугольного напряжения, на установочный вход выходного триггера15 подаются импульсы с выхода диффе ренцирующего блока 12 (Фиг.2 и). Положительными импульсами с его выхода., соответствующими положительному фронту напряжения (фиг. 2 о), выходной триггер 15 устанавливается в положение, при котором на его прямом выходе формируется положительноенапряжение (Фиг, 2 ц) .Положительными импульсами с выхода дифференцирующего блока 12(фиг.2 и) переключается до положительного напряжения на выходе первый дополнительный триггер 22 (фиг.2 ч), Положительными импульсами с выхода инвертора 13(фиг.2 м) переключается до положительного напряжения на выходе второй дополнительный триггер 23,фиг. 2 ь).Положительными импульсами с выхода первого дополнительного дифференцирующего блока 16(фиг. 2 х), соответствующими положительным фронтам выходных импульсов с нуль-органа 4 фиг.(2 р), переключается первый дополнительный триггер 22 в исходное состояние, т.е. до нулевого уровня напряжения на выходе,фнг,2) . Поло жительными импульсами с выхода второго дополнительного дифференцирующего блока 17(фиг. 2 и,), соответствующими положительным фронтам выходных импульсов с второго дополнительного инвер тора 20 (Фиг. 2 с), переключается второй дополнительный триггер 23 в исходное состояние, т.е, до нулевого уровня напряжения на выходе(фиг.2 щ), На входы первого элемента И 24 поступают положительные импульсы с выхода первого дополнительного триггера 22 (фиг. 2 ц)и с прямого выхода выходного триггера 15 (фиг, 2 ц), Поскольку эти импульсы совпадают во времени, то на выходе первого элемен та И 24 Формируются периодические положительные импульсы (фиг, 2 Щ), длительность которых равна длительности положительных полупериодов прямоугольного напряжения с прямого 55 выхода выходного триггера 15(фиг,2 ц).Импульсы с выхода первого элемента И 24 поступают на первый демодулятор 26, где формируется соответствующая их ширине постоянная составляю щая.Выходное постоянное напряжение первого демодулятора 26 поступает на управляющий вход первого управляемого аттенюатора 8, устанавливая определенный коэффициент передачи, т.е, амплитуду передаваемых отрицательных пилообразных импульсов(фиг. 2 ц) .На входы второго элемента И 25 поступают положительные импульсы с выхода второго дополнительного триггера 23 (фиг. 2 щ) и с инверсного выхода выходного триггера 15(фиг,2 ср),Так как эти импульсы совпадают во времени, то на выходе второго элемента И 25 формируются периодические положительные импульсы(фиг.2 э) длительность которых равна длительности положительных полупериодов прямоугольного напряжения с инверсного выхода выходного триггера 15(Фиг, 2 ср) .Импульсы с выхода второго элемента И 25 поступают на второй демодулятор 27, где формируется соответствующая их ширине постоянная составляющая. Выходное постоянное напряжение второго демодулятора 27 поступает на управляющий вход второго управляемого аттенюатора 9, устанавливая определенный коэффициент передачи, т.е. амплитуду передаваемых положительных пилообразных импульсов,фиг. 2 Е.Коэффициенты передачи первого и второго управляемых аттенюаторов 8 и 9 должны быть установлены равными.Если на выходах первого и второго однополупериодных выпрямителей б и 7 формируются одинаковые пилообразные импульсы, то на выходе вычитателя 10 формируется симметричное пилообразное напряжение, т.е. амплитуды соседних пилообразных импульсов равны (фиг. 2 к) . В этом случае на выходе выходного триггера 15 формируется симметричнре прямоугольное напряжение, т,е. все периоды этого напряжения равны, значит мгновенное значение частоты выходного напряжения выходного триггера 15 равно устроенному значению частоты напряжения источника 1 симметричного прямоугольного напряжения (фиг. 2 ц, Предположим, что коэффициенты передачи первого и второго управляемых аттенюаторов 8 и 9 равны и не изменяются,Если в результате нестабильности преобразованного сигнала (Фиг, За,д,Ь) на выходе, например, первого однополупериодного выпрямителя 6 амплитуда пилообразных импульсов увеличилась ( фиг,Зг), то на выходе вычитателя 10 формируется несимметричное пилообразное напряжение (фиг. Зс), Это приводит к изменению соотношения увеличенной амплитуды импульсов пилообразного напряжения, формируемых первым однополупериодным выпрямителем б, с величиной опорного напряжения с выхода амплитудного детектора 5. На выходе блока 11сравнения сформированные широтно- модулированные импульсы имеют разную относительную продолжительность в разные периоды фиг, Зе). На выходе элемента ИЛИ 14 формируется последовательность импульсов с фазовой моду ляцией(фиг,Зк),т.е. импульсы поступают на счетный вход выходного триггера 15 через разные промежутки времени и соответственно этим импульсам срабатывает выходной триггер 15, 10 на выходе которого Формируется прямоугольное напряжение с модуляцией по частоте фиг.Зл,м). В результате этого изменяется мгновенное значение частоты напряжения на прямом выходе 15 выходного триггера 15, т.е. изменяется мгновенное значение коэффициента умножения частоты.Для стабилизации коэффициента умножения частоты в умножителе часто. ты проделываются следующие преобразования сигналов.Положительным импульсом с выхода дифференцирующего блока 12 переключается первый дополнительный триггер 22 в состояние, когда на его выходе устанавливается положительный потенциал ,фиг. Зн).Положительным импульсом с выхода первого дополнительного дифференцирующего блока 16, соответствующим З 0 переднему фронту импульса с выхода нуль-органа 4 Фиг.(Зе),первый дополнительный триггер 22 переключается в исходное состояние. Положительные импульсы с выхода первого дополни тельного триггера 22 (фиг, Зн) и импульсы с прямого выхода выходного триггера 15 фиг. 3,) поступают на вхо. ды первого, элемента И 24. Положительные импульсы напряжения с прямо го выхода входного триггера 15,Фиг.З совпадают во времени с положительными импульсами с выхода первого дополнительного триггера 22(фиг.Зн 1. В результате на выходе первого элемента И 24 формируется последователь. ность положительных импульсов (фиг.Зп), длительность которых равна длительности положительных полупериодов прямоугольного напряжения с прямого выхода выходного 50 ,триггера 15 ,фиг. Зл) . Причем длительность этих импульсов увеличивается с увеличением амплитуды Соответствующих треугольных импульсовнапряжения, действующих на входеблока 11 сра в не ни я (фиг . 3), посравнению с соседним периодом треугольного напряжения. Поэтому навыходе первого демодулятора 26 Формируется постоянное напряжение болеевысокого уровня по сравнению со случаем, когда отсутствует нестабильность первого однополупериодноговыпрямителя б фиг.Зм). Этим выходнымнапряжением первого демодулятора26 регулируется коэффициент передачипервого управляемого аттенюатора 8,в данном случае уменьшается, длятого, чтобы уменьшить увеличеннуюамплитуду треугольных импульсов свыхода первого однополупериодноговыпрямителя б. В результате такойрегулировки коэффициента передачипервого управляемого аттенюатора 8стабилизируется мгновенное значениечастоты прямоугольного напряженияна выходе выходного триггера 15.При возможном изменении выходногонапряжения второго однополупериодного выпрямителя 7 регулировка второгоуправляемого аттенюатора 9 происходитаналогично с помощью второго дополнительного триггера 23, второго элемента И 25 и второго демодулятора27 (Фиг. Зо, р).Таким образом, в предлагаемомумножителе частоты стабилизируетсякоэффициент умножения частоты привозможных нестабильностях первогои второго однополупериодных выпрямителей 6 и 7.Следовательно, по сравнению сизвестным устройством предлагаемыйумножитель частоты обладает новымкачеством - более высокой стабильностью коэффициента умножения частоты.Технико-экономический эффект заключается в том, что по сравнениюс базовым образцом предлагаемыйумножитель частоты является болеебыстродействующим, более точным,так как не требует калибровок приработе, и является значительно дешевле, что экономически оправдываетего применение в аппаратуре специального назначения, 11072611107261Составитель Н.МатвиенкоРедактор Р.цицика Техред М, Гергель КорректорМ,демчик Заказ 5774/41 Тираж 862 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раувская наб., д.4/5Филиал ППП "Патейт", г. Ужгород, ул. Проектная,4