118_lect_rpru_apch (Автоматическая подстройка частоты. лекции)

Аатоматическаи Подстройка Частоты (Апч) Автоматическая подстройка частоты применяется в супергетеродинном приемнике. Частота задающего генератора передатчика и частота гетеродина приемника подвержены влиянию ряда дестабилизирующих факторов Ьлажность, температура, давление, изменение напряжения и т.п.) из-за ~й"'':ГО мст01а нестабильна. Это приводит к тому что изменяется и промежуточная частота „1„Р: =(и ~ ~щ~ ~ Нричем чаще всего используется значение ~„~ = ~„- Д Для того, чтобы прием сигнала был не нарушен, необходимо расширить полосу пронускания линейного тракта приемника на величину равную: фу~, ~"., 2.

~~ - коэффициент нестабильности. В том случае, когда это расширение полосы сравнимо или больше ширины спектра самого сигнала целесообразно вводить в приемник систему АПЧ. Принцип действии, состав и классификация систем АПЧ Принцип действия АПЧ основан на том, что при отклонении частоты от номинального значения вырабатывается регулирующее напряжение, которое воздействует на генератор, изменяя его частоту в сторону уменьшения ошибки Класси ика ия схем АПЧ Системы АПЧ классифицируются по следующим признакам: 1. По подстраиваемой частоте: а) системы промежуточной частоты; б) системы абсолютной частоты; П. По измерительному элементу: а) с частотным детектором (Ч,АПЧ, АПЧ); б) с фазовым детектором (ФАП, ФАПЧ); П1.

По используемому рабочему сигналу: а) С непрерывным сигналом; б) С импульсным сигналом 1У. По быстродействию: а) Инерционн1~~~ 1 И АП'1) б) Быстродействуюп~ие ~Б /~ПЧ ) р 7. Аналоговые и цифровые; У1.. Поисковые и беспоисковые; УП. Одноканальные и двухканальные.

~ ~) Структурная схемка системы автоматической подстройки частоты, стабилизирующей промежуточную частоту приведена на рисунке, ' В схеме Ур — регулировочное напряжение ~ б) На рнсунке~йрелстаалена абсолютная система АПЧ, Элементы системы АПЧ Основными элементами системы АПЧ являются.; 1. Частотные и фазовые детекторы.

Их схемы и характеристики были подробно рассмотрены ранее. И. В качестве фильтра нижних частот ~ФНЧ~обычно используют однозвенный КС- фильтр: вых Ш. Усилитель постоянного тока УПТ (иногда в схеме отсутствует) был изучен подробно в другом курсе 1У. Чуть более подробно остановимся на схеме управляющего устройства.

Если генератор выполнен на 1.С контурах, то в качестве УУ используют схему на варикапах:,.;::.,:":=, .: -„3 I Контур гетеродина На умеренно высоких частотах, используют схему «реактивного транзистора», показанную на рисунке 4-~ Проводимость в точках аЬ: У„= — =Б —; У,= .

~с ~~з . ' ~'с "А2 Сс У,+У, е Я Я => У~ +У2 Если К1 - комплексное сопротивление емкости, У2 — сопротивление резистора, и выполняется условие: 1 — » Я =: то У„имеет характер емкости: ю С = у-С-М Я~; 7 = у.ю.Сэ,, где С =С-Я.Я АПЧ с Частотным детектором е приемнике с непрерывным сигналом Структурная схема: Я-Я йЬ Я+- у. и.С Управляя крутизной ВАХ транзистора можно управлять Сэ 8, для этого регулирующее напряжение Ц подводят к точке Ь. С. подключается к контуру гетеродина и намекает его чту.~Если гетеролвн вьтолнен на клистроне, то управляющее устройство вообще не требуется, т.к. частота генерации непосредственно зависит от напряжения Ур подаваемого на специальный электрод клистрона.

Рассмотрим работу схемы. При отклонении промежуточной частоты от номинального значения на выходе частотного детектора (ЧД) появляется напряжение О'чд величина и полярность которого зависят от величины и знака расстройки частоты. Это напряжение поступает на фильтр нижних частот (Ф), на выходе которого выделяется регулировочное напряжение У'. Фильтр придает системе инерционность и обеспечивает отсутствие искажений полезной модуляции сигнала. После усилителя УС (который может отсутствовать) регулировочное напряжение поступает на управляющее устройство (УУ), которое изменяет частоту гетеродина (Гет), так чтобы первоначальная расстройка уменьшилась.

График зависимости напряжения на выходе частотного детектора от расстройки ~„. показан на рисунке. График зависимости частоты гетеродина (ф,,) от регулирующего напряжения (Цр) называется характеристикой управителя, он представлен на рисунке: С помощью приведенных характеристик можно определить: ~~Ъ Крутизну характеристики ЧД:, Ж = фи = Ч4' ру. Подставляя данное значение в уравнение для ошибки, получаем: Эт лпчжт = Фт ялч -~'к. ~руст Найдем стат ескую ошибку (остаточную погрешность): ДГ 1+3 -Я, 1+К Остаточная погрешность оценивает точность работы системы(или эффективность работы системы). Как видно из формулы, эффективность работы определяется коэффициентом К, где: К =Я,, *Я „и К „=8 -Я К, -+ если есть усилитель Ошибка уменьшается, при увеличении К„„„.

Как следует из формулы, в системе есть остаточная погрешность по частоте. Чем больше К, т.е. Я~, Я„,, Ку~, тем меньше остаточная ошибка. Рассм пе хо Ф и есс. Процесс установления 13р и остаточной ошибки идет по экспоненте, причем постоянная времени системы АПЧ в которой инерционность задается инерционностью фильтра, отличается от постоянной времени самого фильтра. ~ Аий,~,от-~з. ~н о с м с. ГФ-~ ~ ~Р РгР-"~ ) ~| Я= М 1+К. ех ~АЛЧ 0Д~) =У, 1-ех АПЧ Я*С где х„,„= * - постоянная времени АПЧ. 1+ Клпч Таким образом, быстродействие определяется не только фильтром, но и параметрами самой системы.

Объясняется это аналогично системе АРУ, АПЧ- параметрическая система, заряд фильтра форсируется, так как в первый момент времени подается на фильтр максимальное напряжение. Следовательно, К характеризует и быстродействие. и точность работы. Графически процесс уменьшения первоначальной расстройки частоты в работающей системе АПЧ показан на рисунке: Работа АПЧ при больших расстройках частоты. При больших расстройках частоты, характеристика ЧД нелинейная. так как описывается сложной формулой, то есть в этом случае: ~д "~д.~К Решение ищут графическим путем.

Нарисуем реальную характеристику ЧД. Наложим характеристику управления на те же оси: $ $ $ На рисунке 1, 2, 3, 4, 5 - точки пересечения характеристик, Проекция этих точек на ось ф, соответствует установившемуся значению расстройки. Из рисунка: ф„„ характеристика управителя является внутренней касательной к характеристике ЧД (точка 1). В промежутке между ф;„, и ф' „три точки пересечения: точка 2 и точка 4- соответствует устойчивому состоянию равновесия. В точке 3 равновесие не устойчиво, система перейдет либо в точку 2, либо в точку 4.

В точке 5 система почти не работает. Дальше действие прекращается. Пока рассогласование меныпе ф'„... АПЧ работает и остаточная ошибка меньше первоначальной в 1+К„„раз, т .е. при расстройке меньше, либо равной ф~р, система работает, уменьшая расстройку до уровня ф„ Если начальная ошибка больше ф", - система не работает. Бсли начальная расстройка ~" „„,„„больше ф„„,,но меньше ф„„, то система работает эффективно, если установившемуся состоянию равновесия соответствует точка 2, или Петлевое усиление цепи АПЧ: * ~~ЙВБХХ ~Ю= - " = — КАпч .~«.Ф).ехр«-.Ф~з) Пусть фильтр цепи АПЧ вЂ” однозвенный КС- фильтр нижних частот, для которого 1 Ф«уй) =, . Тогда: 1+1 а*я.с ~ ЙВБ1Х К4ПЧ ЦУ ЙВБ1Х 4ПЧ, е « .Д .

) б; 1+ уйЯ~.' Поскольку -1= ехр« ~Й), 1 ° ехр«-у~Р ); ф = — а~се«ИАС), то можно записать: Кф= "пч - ехр«-ЯЙ~, — ю — щ )) Согласно критерию устойчивости Найквиста система с обратной связью в замкнутом состоянии неустойчива, если Кф=1. С учетом предыдущего выражения, это означает, что одновременно должны выполняться условия: Из первого равенства можно определить частоту, на которой выполняется условие неустойчивости «самовозбуждения): Я 1 2 1 щ., АПЧ Подставляя Й,.

во второе равенство, найдем критическое время запаздывания, т, при котором система АПЧ оказывается неустойчивой: Й г К„ При К', » 1 «обычно это условие выполняется) агтф К вЂ” 1 = шсЯКАп, ) = — и для т получаем: 2 Ю 2 Я С* т л' $ Ф~ * Ж~ ~" З,И' АПЧ Предыдущая формула указывает критическое время запаздывания при выбранной постоянной времени КС- фильтра и глубине регулирования К„. Превышение значения г «и даже приближение к нему) приводит к неустойчивости системы АПЧ.

Будучи решенной, относительно т,пч, формула дает ее критическое значение при заданном времени задержки в элементах цепи АПЧ: Л' АПЧ.КР 3 2 Система АПЧ устойчива, если г, >т„,т~~„. Это объясняется тем„что с ростом т, снижается коэффициент передачи петли АПЧ на данной частоте й и частота Й, на которой выполняется первое условие ~~), также уменьшается. При более сложных фильтрах цепи АПЧ~двухзвенных, трехзвенных) допустимое время запаздывания в элементах цепи АПЧ снижается, а переходный процесс может иметь колебательный характер даже без запаздывания в элементах цепи АПЧ.

Таким образом„при выборе постоянной времени системы АПЧ г следует учитывать в общем случае требования заданного быстродействия, отсутствия демодуляции ЧМ- сигнала и условие устойчивости. АПЧ а имиульсных ириемниках В импульсных приемниках система АПЧ подразделяется на несколько классов: $Ъ~с"7~О~я л ~ ~~ ~, 6~ ' ь О .'. а) Инерционные (ИАПЧ) Опишем работу одноканальной инерционной импульсной системы АПЧ.

Структурная схема ИАПЧ включает следующие элементы: ° СМ - смеситель; ° УПЧ - усилитель промежуточной частоты; ° ЧД - частотный детектор; ° ПД вЂ” пиковый детектор; УУ - устройство управления; ° Ф вЂ” фильтр; ВУ вЂ” видеоусилитель; На выходе ЧД получаем последовательность видеоимпульсов. Частота повторения и д~и~~льность повторяют входной сигнал, а амплитуда и поляр~ост~ за~~ся~ от величины отклонения промежуточной частоты от номинального значения и знака отклонения.