Умножитель частоты

 

Со1оз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< 758474

+"

1 ь (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) За и влено 14.04.78 (21) 2605806/18-09 (51 } M. Кл.

Н 03 В 19/00 с присоединением заявки ¹

Государстввниый комитет (28) Приоритет

Опубликовано 23 08.80. Бюллетень № 31

Дата опубликования описания 24.08.80

ll0 делам изобретений и открытий (53 } УД К 621.374..4(088.8) . (72) Автор изобретения

В. Т. Кондратов

Ордена Ленина институт кибернетики АН Украинской СОР (71) Заявитель (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 t1j.

Однако известный умножитель частоты имеет недостаточно высокую точность коэффициента

10 умножения.

Цель изобретения — повышение точности коэффициента умножения.

Для этого в умножитель частоты, содержащий

15 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 фазоврашателя, а к выходам счетчика подключены последовательно соединенные дополнительно введенные дешифратор, второй блок элементов ИЛИ и коммутатор, при этом вход умножителя частоты, выходы сумматора, вычитателя, фазовращателя и фазоинвертора подключены к соответствующим сигнальным входам коммутатора, первый и второй выходы которого подключены к сигнальным входам ключа, управляющие входы которого подключены к соответствующим выходам первого блока элементов ИЛИ, выходы 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 подключен к счетным входам счетчика и триггера, установочные входы которых объединены, при этом выход триггера является выходом умножителя частоты.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предложенного умножителя часто758474

15

25

3

Ibl; 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, дешифратор 7, счетчик 8, компаратор 9, триггер !О, блок 11 элементов ИЛИ, ключ 12, кнопку 13

"Установка состояния". Коммутатор 5 состоит из 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 ахоп, и выход умножителя частоты, Умножитель частоты работает следующим образом, На один из входов сумматора. I, вычитателя 2, а также на входы фазовращателя 3 и фазоинвертора 4 с коэффициентами передачи, равные единице, поступает гармоническое колебание Up(t) (см. фиг. 2, а).

С помощью фазовращатепя 3 в гармоническое колебание 0О (t) вносится дополнительный

60-градусный фазовый сдвиг (напряжение

U (t) на фиг. 2,а). Исходное гармоническое кйгебание Up (t) и сдвинутое по фазе гармоническое колебание U (t) поступают на входы сумма Р тора 1 и на входы вычитатепя 2. В результате на выходах сумматора 1 и вычитателя 2 формируются соответственно суммарное Uz(t) и разностное 0<(t) гармонические колебания (см. фиг. 2 а). На выходе фаэоинвертора 4 формируется инвертированное по фазе на 180 гармоническое колебание U, (t).

На сигнальные входы первого 14, второго 15 и третьего 16 автоматических переключателей поступают соответственно гармонические колебания 0 (т) и Up (t), U (t) и Ug(t), Ug(t) и U, (t).

Исходное положение автоматических переключателей 14, 15 и 16 и ключа 12 (см. фиг. 1) обеспечивается установкой кольцевого счетчика 8 с помощью кнопки J3 в состояние, при котором на всех, кроме первого, выходах сигнал отсутствует. Триггер 10 при этом устанав- 45 ливается в состояние "нуль на его прямом выходе. Дешифратор 7 построен таким образом, что на его первом выходе сигнал, равный

>1

1, появляется в моменты времени поступления на счетчик 8 J-го, 7-го, 13-го и т.ц., (1 + 6n)-го> импульсов. На втором выходе дешифратора 7 сигнал, равный "1", появляется при поступлении на счетчик 8 -ro, 8-го, !4-го и т.д.,(2+ 6п)-го импульсов. На третьем, четвертом, пятом и шестом выходах дешифратора 7 сигнал, равный "1", появляется при поступлении на счетчик 8 соответственно (3 6п) -го, (4 + 6n) -го, (5 г 6n)-го и (6 . 6п1-го импульсов (где n— принимает значения О, 1, . 3, .... n связано с чис4 пом попупериодов >Ч „умггожаемог г> ггг> час>иге колебания Up (t) вьцижеггием и = и I). г

Эпюры напряжений, приведенные на фиг.

2, б — ж, отражают наличие (отмечено "!") и отсутствие (отмечено "0") импульсов (управляющих работой автоматических переключателей 14, 15 и 16 и ключа 12) соответственно на 1, 2, 3, 4, 5 и 6-ом выходах дешифратора

7 в определенные моменты времени.

При указанном на фиг. 1 положении автоматических переключателей 14 и 15 и ключа 12 на первый и второй входы компаратора 9 поступают соответственно гармонические колебания U (t) и U>(t) (фиг. 2, з) . В моменты равенства мгновенных значений амплитуд сравниваемых колебаний 0 (t) и 0>(t! (см. фиг.

Ф

2, а — моменты времени t> и t,, соответствующие точкам 1 и 7) на выходе компаратора 9 формируются короткие импульсы (см. фиг. 2,о), которые переводят в единичное состояние триггер 10 (см. фиг. 2, x), а в кольцевой счетчик

8 добавляется второй (в общем случае (2+6п) -ый) импульс. В результате на 2-ом выходе дешифратора 7 устанавливается "I", a на 1, 3, 4. 5 и 6-ом выходах "0" (см. фиг. 2, б — ж).

Прямоугольный импульс со второго выхода дешифратора 7 (см. фиг. 2, в) поступает через элементы ИЛИ 18, 20 и 22 соответственно па управпяюнгие входы автоматических переключателей 15 и 16 и ключа 12. При этом автоматические переключатели 15 и 16 удерживаются в положении, указанном на фиг. 1, а ключ 12 переводится в положение, противопо.южное указанному на фиг. 1. В результате «а первый и второй входы компаратора 9 поступают соответственно гармонические колебания U (t) и О, (t}

tp (см. фиг 2, и).

В моменты равенства их мгновенных значений (фиг, 2а — моменты времени t, и t», соответствуюшие точкам 2 и 8) на выходе компаратора 9 формируются короткие импульсы (см. фиг. 2,п), которые переводят триггер !0 в нулевое состояние (см. фиг. 2, х), а в кольцевой счетчик 8 добавляется третий (в общем случае (3 + 6 n) -ьгй) импульс. В результате на третьем выходе дешифратора 7 устанавливается

"1", а на 1, 2, 4, 5 и 6-ом выходах — "0" (см. фиг. 2, б — ж).

Прямоугольный импульс с третьего выхода дешифратора 7 (см. фиг. 2, г1 поступает через элементы ИЛИ 17, 19 и 21 соответственно на управляющие входы автоматических переключателей 14 и 15, и ключа J2. При этом автоматический переключатель 14 и ключ !2 устанавливаются в положение, указанное на фиг. 1, а автоматический переключатель 15 переводится в положение, противоположное укаэанному на фиг. 1. В результате па первый и второй входы компаратора 9 поступают сог>тветсгвегг>гг>

758474

5 гармонические колебания UZ(t) и UE(t) (см. фиг. 2, к). В моменты равенства их мгновенных значений (фиг. 2, а — моменты времени и to, соответствующие точкам 3 и 9) на выходе компаратора 9 формируются короткие импульсы (см. фиг. 2, r. (, которые переводят триггер 10 в единичное остояние (см. фиг. 2, х), а в кольцевой счетчик 8 добавляется четвертый (в общем случае (446n)-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, 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 U (т) и

U>(t) (см. фиг. 2, л). В моменты равенства мгновенных значений амплитуд гармонических колебаний U (t) и 0 (т) (фиг. 2, а — момент времени t4 и t(o 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 добавяяееся яяаыв (в сбяаеы сяучае (б + 6n)-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 управляющие входы автоматического переключателя 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 гармонические колебания U (t) и Uo(t) (см. фиг.2, м).

В моменты равенства мгновенных значений амплитуд гармонических колебаний 0 (т) и

Uo (t) (фиг. 2, а). момент времени t5, 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 + 5n>-ый импульс. В результате на шестом выходе дешифратора 7 устанавливается "I", а на 1, 2, 3, 4 и 5-ом выходах — "0" (см. фиг. 2, б — ж).

Прямоугольный импульс с шестого выхода дешифратора 7 (см. фиг. 2, ж) поступает через элементы ИЛИ 19, 20 и 22 соответственно на управляющие входы автоматических переключателей 15 и 16 и ключа 12. При этом автоматический переключатель 15 и ключ 12 устанавливаются в положение, противоположное указанному на фиг. 1, а автоматический переключатель 16 устанавливается в положение, указанное на фиг. 1. В результате на первый и второй входы компаратора 9 поступают соответственно гармонические колебания Од(т) и U, (t) (см.,фиг . 2, н). В моменты равенства их мгновенных значений (фиг. 2, а, например, момент времени t6, соответствующий точке 6) на выходе компаратора 9 формируются короткие импульсы (см. фиг. 2, у), которые переводят триггер 10 в единичное состояние (см. фиг. " ". а в кольцевой счетчик 8 добав (яется седьмой (в общем случае (1 + 6п)-ый),где n = 1) импульс. В результате на первом выходе дсшиф-ратора 7 устанавливается l". а на 2, 3, 4, 5 и 6-ом выходах — "0".

Дальше процесс формирования прямоугольного напряжения (см. фиг. 2, х} умноженной в шесть раз частоты аналогично повторяется.

k3K видно из фиг. 2, ф, короткие импульсы, формируемые компаратором 9, следуют с постоянным 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 напряжения прямоугольной формы (см. фиг. 2, х) в 6 раз превышает частоту исходного гармонического колебания Uo (t).

Реализация определенной последовательности подключения сравниваемых колебаний к входам компаратора 9 позволила повысить точность коэффициента умножения частоты.

В предложенном умножителе частоты сравниваются между собой два гармонических колебания, скорость взаимного пересечения которых значительно превышает скорость перехода колебания через нуль. Это позволило также повысить точность коэффициента умножения и стабильность частоты и фазы выходного напряжения.

Предложенное устройство нечувствительно к нестабильности гармонического колебания умножаемой частоты. Нестабильность амплитуды исходного гармонического колебания в предложенном умножителе частоты вызывает смещение точек пересечения амплитуд сравниваемых гармонических колебаний параллельно оси ор758474 динат, что не влияет на стабильность частоты и фазы выходного напряжения и на точность коэффициента умножения частоты.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет получить значительный технико- экономический эффект.

Формула изобретения

Умножитель 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 умножителя частоты, вторые входы сумматора и вычитателя объединены и подключены к выходу фазовращателя, а к выходам счетчика подключены последовательно соединенные дополнительно введенные дешифратор, второй блок элементов ИЛИ и коммутатор при этом вход умножителя частоты, выходы сумматора, вычитателя, фазовращателя и фазоинвертора подключены к соответствующим сигнальным входам коммутатора, первый и второй выходы которых подключены к сигнальным входам ключа, управляющие входы которого подключены к соответствуюгдим. выходам первого блока элементов. ИЛИ, выходы 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 подключен к счетным входам счетчика и триггера, установочные входы которых объединены, при этом выход триггера является выходом умножителя частоты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по э явке

И 2602441/18-09, кл. Н 03 В 19/00, 10.04.78 (прототип).

758474

Составитель Н. Матвиенко

Техред T. Левадская Корректор М. Кос га

Редактор Т. Иванова

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 5651/48 Тираж 995 Подписное

ПНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5