Утроитель частоты

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в качестве умножителя частоты. Технический результат заключается в расширении диапазона частот без изменения параметров полосковой линии за счет получения на выходе утроителя частот сигнала, частота которого втрое превышает частоту входного сигнала. Технический результат достигается за счет утроителя частот, который содержит первый 1, второй 2 и третий 3 компараторы, первый 4 и второй 5 одновибраторы, устройство выборки-хранения 6, делитель 7, первый 8 и второй 9 сумматоры, инвертор 10 и входную шину 11, первый 12 и второй 13 управляемые интеграторы, третий одновибратор 14 и источник постоянного напряжения 15. 3 ил.

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в качестве умножителя частоты.

Известно устройство [1], содержащее подключенный к входным выводам выпрямитель и последовательно соединенный с ним суммирующий узел, к концам секционированных обмоток которого подключены управляемые ключи, суммирующий узел выполнен одно- или двухфазным, а управляемые ключи, включенные в цепь каждой фазы его обмотки, соединены последовательно с выпрямителем, выход которого подключен также к пороговому узлу каждого управляемого ключа, соединенному с цепью управления последнего.

Устройство может быть использовано в силовой преобразовательной технике и позволяет получить на выходах сигналы утроенной частоты, но требует для своего применения наличия трехфазной сети.

Известно устройство [2], содержащее первый, второй, третий отрезки полосковой линии, согласующе-фильтрующую цепь и подстроечный конденсатор, первым выводом присоединенный к одним концам первого, второго и третьего отрезков полосковой линии, а вторым выводом - к общей шине, к которой присоединены другие выводы первого, второго и третьего варакторов, при этом одни концы первого, второго и третьего отрезков полосковой линии объединены и подключены к выходу согласующе-фильтрующей цепи, а к другим концам которых одними выводами присоединены соответственно первый, второй и третий варакторы, причем вход выходной согласующе-фильтрующей цепи подключен к другим концам первого, второго и третьего отрезков полосковой линии.

Устройство работает только на определенной частоте (длине волны), для перехода на другую частоту необходимо изменить параметры полосковой линии.

Наиболее близким устройством к изобретению по совокупности существенных признаков является принятый за прототип формирователь квадратурных сигналов [3], содержащий источник гармонического сигнала, два фазовращателя, каждый из которых выполнен из резистора, конденсатора и операционного усилителя, два формирователя стробирующих импульсов, каждый из которых выполнен из компаратора и одновибратора, два устройства выборки-хранения, два делителя, два ограничителя, два умножителя, два сумматора, два инвертора и компаратор, к выходу которого подключены вторые входы сумматоров и вход второго инвертора, выход которого соединен со вторыми входами умножителей, выходы которых соединены с соответствующими выходами формирователя квадратурных сигналов, при этом между выходом первого фазовращателя и вторым входом второго устройства выборки-хранения включены последовательно соединенные первый инвертор и второй формирователь стробирующих импульсов, между выходом второго фазовращателя и вторым входом первого устройства выборки-хранения включен первый формирователь стробирующих импульсов, первый ограничитель включен между выходом первого делителя и первым входом первого умножителя, между выходом второго делителя и первым входом второго умножителя включен второй ограничитель, компаратор подключен к выходу первого устройства выборки-хранения, а к источнику гармонического сигнала подключены входы фазовращателей, причем выход первого фазовращателя соединен с первым входом первого делителя и первым входом первого устройства выборки-хранения, к выходу которого подключен первый вход первого сумматора, а выход второго фазовращателя соединен с первым входом второго делителя и первым входом второго устройства выборки-хранения, к выходу которого подключен первый вход второго сумматора.

При подаче на вход устройства гармонического сигнала с амплитудным значением, изменяющимся в широких пределах, на первом и втором выходах устройства формируются квадратурные гармонические сигналы с частотой, равной частоте входного сигнала.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является расширение функциональных возможностей устройства путем получения на его выходе сигнала, частота которого втрое превышает частоту входного сигнала.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в расширении функциональных возможностей путем получения на его выходе сигнала, частота которого втрое превышает частоту входного сигнала.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в утроитель частоты, содержащий первый, второй и третий компараторы, первый и второй одновибраторы, устройство выборки-хранения, делитель, первый и второй сумматоры, инвертор и входную шину, которая соединена с первым входом устройства выборки-хранения и первым входом делителя, выход первого компаратора соединен с входом первого одновибратора, второй одновибратор включен между выходом второго компаратора и вторым входом устройства выборки-хранения, выход третьего компаратора соединен с выходом утроителя частоты, при этом инвертирующие входы первого и третьего компараторов соединены с общей шиной, дополнительно введены первый и второй управляемые интеграторы, третий одновибратор и источник постоянного напряжения, минусовой зажим которого соединен с общей шиной, а плюсовой - со вторым входом первого сумматора, между выходом которого и первым входом первого управляемого интегратора включен инвертор, при этом между выходом первого компаратора и вторым входом второго управляемого интегратора включен третий одновибратор, выход первого одновибратора соединен со вторым входом первого управляемого интегратора, к выходу которого подключен инвертирующий вход второго компаратора, неинвертирующий вход которого соединен с выходом второго управляемого интегратора, первый вход которого соединен с входом инвертора и вторым входом второго сумматора, первый вход которого соединен с выходом делителя, а выход - с неинвертирующим входом третьего компаратора, причем первый вход первого сумматора подключен к выходу первого компаратора.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам изобретения. Следовательно, изобретение соответствует условию «новизна».

Введение в предлагаемый утроитель частоты первого и второго управляемых интеграторов, третьего одновибратора и источника постоянного напряжения, а также организация новых связей между функциональными элементами позволило расширить функциональные возможности устройства и получить на его выходе сигнал, частота которого втрое превышает частоту входного сигнала.

Изобретение поясняется структурной схемой утроителя частоты, изображенной на фиг. 1, и графиками, поясняющими принцип работы утроителя частоты - на фиг. 2 и 3.

Утроитель частоты содержит первый 1, второй 2 и третий 3 компараторы, первый 4, второй 5 и третий 14 одновибраторы, устройство выборки-хранения 6, делитель 7, первый 12 и второй 13 управляемые интеграторы, первый 8 и второй 9 сумматоры, инвертор 10 и источник постоянного напряжения 15, минусовой зажим которого соединен с общей шиной, а плюсовой - со вторым входом первого сумматора 8, к выходу которого подключены первый вход второго управляемого интегратора 13 и второй вход второго сумматора 9, выход которого соединен с неинвертирующим входом третьего компаратора 3, выход которого соединен с выходом утроителя частоты, входная шина 11 которого соединена с первыми входами устройства выборки-хранения 6 и делителя 7 и неинвертирующим входом первого компаратора 1, к выходу которого подключен первый вход первого сумматора 8, между выходом которого и первым входом первого управляемого интегратора 12 включен инвертор 10, при этом первый одновибратор 4 включен между выходом первого компаратора 1 и вторым входом первого управляемого интегратора 12, второй одновибратор 5 включен между выходом второго компаратора 2 и вторым входом устройства выборки-хранения 6, а третий одновибратор 14 включен между выходом первого компаратора 1 и вторым входом второго управляемого интегратора 13, выход которого соединен с неинвертирующим входом второго компаратора 2, инвертирующий вход которого соединен с выходом первого управляемого интегратора 12, причем к выходу устройства выборки-хранения 6 подключен второй вход делителя 7, выход которого соединен с первым входом второго сумматора 9, а инвертирующие входы первого 1 и третьего 3 компараторов соединены с общей шиной.

Утроитель частоты работает следующим образом.

При подаче на входную шину 11 гармонического сигнала

с амплитудным значением A₁ и частотой ω=2πf на выходе компаратора 1 формируется (фиг. 2) последовательность видеоимпульсов K₁(t).

Одновибраторы 4 и 5, срабатывающие соответственно по задним и передним фронтам видеоимпульсов K₁(t), формируют соответствующие узкие стробирующие импульсы D₁ и D₂.

Сумматор 8 и источник постоянного напряжения 15 образуют преобразователь уровня, на выходе которого формируются биполярные сигналы прямоугольной формы V₁(t), которые на первый вход второго управляемого интегратора 13 подаются непосредственно, а на первый вход первого управляемого интегратора 12 - через инвертор 10.

При поступлении сигналов V₂(t) и V₁(t) на входы соответственно первого 12 и второго 13 управляемых интеграторов на их выходах начинают формироваться линейно изменяющие сигналы L₁(t) и L₂(t) соответственно.

Стробирующие импульсы D₁ и D₂, поступающие на вторые входы управляемых интеграторов 12 и 13, производят сброс, то есть «привязку» к нулевому уровню соответствующих сигналов L₁(t) и L₂(t), что исключает смещение («сползание») этих сигналов из-за наличия различных дестабилизирующих факторов и, прежде всего, из-за дрейфа нулевого уровня самих интеграторов.

На выходе компаратора 2 формируется последовательность видеоимпульсов K₂(t). Положение стробирующего импульса D₃, который формируется с помощью одновибратора 5 по заднему фронту K₂(t), будет соответствовать (фиг. 2) максимальному (амплитудному) значению входного гармонического сигнала S₁(t).

На первый вход устройства выборки-хранения (УВХ) 6 поступает сигнал S₁(t), а на второй вход - стробирующий импульс D₃, в момент поступления которого на выходе УВХ формируется постоянное напряжение Е_m, величина которого практически равна амплитудному значению A₁ входного сигнала S₁(t), поскольку коэффициент передачи УВХ близок к единице.

Делитель 7 осуществляет стабилизацию амплитуды, на выходе которого формируется сигнал

где A₀=1 - нормированное значение амплитуды сигнала S₀(t).

Формирование выходного сигнала S₂(t) производится (фиг. 1) с помощью сумматора 9 и компаратора 3.

При поступлении сигналов V₁(t) и S₀(t) на соответствующие входы сумматора 3 на его выходе формируется (фиг. 3) сигнал

где α и β - коэффициенты передачи сумматора 9 по соответствующим входам.

Сигнал M(t) пересекает (на интервале от нуля до π) нулевую линию (фиг. 3) в двух точках x₁ и x₂.

Для получения сигнала S₂(t) со скважностью два необходимо выполнить следующие условия:

Обозначив текущее значение угла x=ωt, и приняв значение коэффициента передачи α=1, составим следующую систему уравнений

где B - амплитудное значение сигнала V₁(t).

Поскольку M(x₁)=M(x₂)=0, а значения углов задаются в (4), то уравнения (5) примут (при B=1) следующий вид

откуда следует, что для получения симметричных колебаний (со скважностью два) необходимо задать значение коэффициента $$\beta =2/\sqrt{3}$$ .

Поскольку амплитудные значения B и A₀ не зависят от значений амплитуды A₁ входного сигнала S₁(t), а амплитуды сигналов V₁(t) и V₂(t), поступающих на входы соответствующих управляемых интеграторов, не зависят от частоты, то выходные сигналы S₂(t), формируемые с помощью компаратора 3, всегда будут иметь частоту втрое превышающую частоту входного сигнала S₁(t), при этом скважность формируемого выходного сигнала S₂(t) равна двум.

Изобретение может быть использовано в импульсной технике в качестве умножителя частоты сигнала, параметры которого (амплитуда и частота) могут изменяться в широких пределах.

Источники информации

1. Авт. св. СССР №2037258, H02M 5/458. Райкин П.С. Утроитель частоты с трехфазным входом, заявл. 15.10.1992, опубл. 09.06.1995.

2. Авт.св. СССР №1229946, H03B 19/14. Свистов В.М., Нефедов В.И., Говорушкин В.Н., Никулин О.М. Утроитель частоты, заявл. 20.02.1984, опубл. 07.05.1986. Бюл. №17.

3. Патент РФ №127554, H03B 27/00. Дубровин B.C., Зюзин A.M. Формирователь квадратурных сигналов, заявл. 07.09.2012, опубл. 27.04.2013. Бюл. №12 (прототип).

Утроитель частоты, содержащий первый, второй и третий компараторы, первый и второй одновибраторы, устройство выборки-хранения, делитель, первый и второй сумматоры, инвертор и входную шину, которая соединена с первым входом устройства выборки-хранения и первым входом делителя, выход первого компаратора соединен с входом первого одновибратора, второй одновибратор включен между выходом второго компаратора и вторым входом устройства выборки-хранения, выход третьего компаратора соединен с выходом утроителя частоты, при этом инвертирующие входы первого и третьего компараторов соединены с общей шиной, отличающийся тем, что в него дополнительно введены первый и второй управляемые интеграторы, третий одновибратор и источник постоянного напряжения, минусовой зажим которого соединен с общей шиной, а плюсовой - со вторым входом первого сумматора, между выходом которого и первым входом первого управляемого интегратора включен инвертор, при этом между выходом первого компаратора и вторым входом второго управляемого интегратора включен третий одновибратор, выход первого одновибратора соединен со вторым входом первого управляемого интегратора, к выходу которого подключен инвертирующий вход второго компаратора, неинвертирующий вход которого соединен с выходом второго управляемого интегратора, первый вход которого соединен с входом инвертора и вторым входом второго сумматора, первый вход которого соединен с выходом делителя, а выход - с неинвертирующим входом третьего компаратора, причем первый вход первого сумматора подключен к выходу первого компаратора.