7_5a (лекции по УППС (УПОС)), страница 3

П_АПЧ = П'_АПЧП_ФНЧ, где П'_АПЧ = S_ЧДS_УЭ.

Для системы ФАПЧ второго порядка (с таким же ФНЧ) в качественном отношении получаются аналогичные результаты, но количественные показатели ФАПЧ и ЧАПЧ различаются между собой.

Итак, если выбраны статические характеристики ЧД, ФД и УЭ, то фильтрующая способность АПЧ полностью определяется типом и параметрами ФНЧ. Однако требования, предъявляемые с этой точки зрения к его АЧХ, часто противоречивы. Так, для подавления внешних помех следует уменьшать П_ФНЧ, а для слежения за полезным внешним возмущением необходимо расширение указанной полосы. В системах стабилизации частоты для эффективного подавления внутренних помех полоса задерживания АПЧ как эквивалентного ФВЧ (а следовательно, и П_ФНЧ) должна быть максимальной, по при этом возрастает вероятность проникновения внешних помех от СЧ к УЭ. Еще раз подчеркнем, что при выборе инерционности ФНЧ следует помимо только что отмеченных учитывать еще ряд факторов: быстродействие, устойчивость, полосу захвата (последнее только для ФАПЧ).

Анализ воздействия случайных помех на АПЧ в принципе проводится в той же последовательности, что и при детерминированных возмущениях. Однако дифференциальные уравнения в этом случае значительно усложняются, так как в них появляются члены, учитывающие статистический характер воздействий.

Последние при больших отношениях С/Ш существенно влияют на показатели АПЧ: приводят к возрастанию ошибок, перескокам фазы в стационарном режиме ФАПЧ и т. п.

7.5.4 Применение систем АПЧ

Схемы на рис. 7.10 не отражают всего многообразия вариантов применения АПЧ в приемниках. Остановимся на некоторых аспектах использования следящих АПЧ. Тот факт, что частота f_Г «привязывается» к f_C, не только способствует сужению П, но может привести к ухудшению помехоустойчивости приемника. Действительно, допустим, что наряду с полезным сигналом с амплитудой U_С на вход приемника действует гармоническая помеха U_П с частотой f_П, так что f_П = f_С – f_П. В приемном тракте возникают биения между этими двумя колебаниями с частотой F_Б, зависящей от |f_П| и отношения q=U_С /U_П. Средняя частота входного сигнала f_Сср также определяется значением q, причем при q > 1 f_Сср = f_С, а при q < 1

f_Сср = f_П.

С целью ослабления воздействия помехи на f_Г модули |К₂(j)| и |К₄(j)| [см. (7.23) и (7.24)] выбираются таким образом, чтобы для прогнозируемого значения F_Б они были близки к нулю. Тогда можно считать, что f_Г будет следить за f_Сср, а паразитная частотная модуляция гетеродина с частотой F_Б — отсутствовать. Однако, при q < 1 в УПЧ будет усиливаться помеха и ослабляться полезный сигнал. Очевидно, что если бы АПЧ вообще не было, то подобный вредный эффект отсутствовал.

Рассмотрим теперь другую ситуацию: U_П = 0, но U_С может значительно уменьшаться (например, вследствие замираний принимаемого сигнала или падения мощности передатчика). Если начальная «расстройка» частоты гетеродина f_H была больше f_З, то при восстановлении уровня U_С эффективная работа АПЧ окажется невозможной. Особенно часто такое положение возникает при использовании ФАПЧ, поскольку полоса захвата ФАПЧ зависит от ФНЧ. В результате приходится идти на усложнение системы: применять автоматический поиск, переменную структуру контура регулирования.

Следящая ФАПЧ может служить демодулятором в приемнике ЧМ сигналов. Как указывалось выше, система автоподстройки должна быть узкополосной, для того чтобы не допустить паразитной частотной модуляции гетеродина. Однако возможна и иная постановка вопроса: сделать ФАПЧ настолько быстродействующей (широкополосной, по отношению к внешним возмущениям), чтобы все составляющие информационного спектра воздействовали на УЭ. Тем самым исходная ЧМ сигнала будет перенесена на колебания гетеродина. Тогда напряжение e_У(t) на входе УЭ будет повторять закон полезного сообщения, т. е. система в целом может рассматриваться как эквивалентный частотный демодулятор. По сравнению с традиционным способом частотного детектирования использование ФАПЧ позволяет уменьшить П, т. е. повысить помехоустойчивость приемника. Возможен и такой метод демодуляции ЧМ сигнала, при котором e_У(t) в широкополосной ФАПЧ используется для перестройки f₀, а не f_Г. Такая система называется следящим фильтром и отличается от следящей ФАПЧ видом объекта регулирования. Обе системы по своим свойствам близки друг другу.

Выше при изучении принципов работы АПЧ считалось, что в системах обрабатываются непрерывные (аналоговые) сигналы. Такой подход, облегчающий понимание сути явлений, не может считаться исчерпывающим, поскольку теперь широчайшее распространение получили цифровые методы передачи и приема информации. Эти тенденции прослеживаются и в методах построения систем АПЧ – появляются импульсные и цифровые САР. Функциональное назначение и конечный эффект работы такого рода систем остаются теми же, что и в аналоговых системах АПЧ, несмотря на более сложные физические процессы и процедуры математического анализа. Переход на цифровую элементную базу позволяет добиться резкого улучшения электрических, массогабаритных, энергетических и других характеристик устройств, в которых используются системы АПЧ.

280