Соколов О.Л., Голод О.С., Войцеховский А.Б. Радиоавтоматика. Письменные лекции (2003), страница 4

8.3. Структурная схема системы АПЧЕсли при исследовании системы АПЧ ввести в рассмотрение отклонения, δω с частот сигнала и гетеродина от их номинальных значений δω г = =δω гω г - ω г0 , δω с = ω с - ω с0 , то структурная схема системы АПЧ упрощается ипринимает следующий вид (рис.8.4)Рис.8.4.

Упрощенная структурная схема системы АПЧКонтрольные вопросы1. В чем заключается отличие структурной схемы автоматической системы от структурных схем других радиотехнических устройств (например, усилителя) ?262. Имеется ли что-либо общее между структурными схемами автоматических следящих систем разных типов ?3.

Чем могут отличаться следящие системы радиоавтоматики различныхтипов, отображаемые одинаковыми по начертанию структурными схемами ?9. Правила структурных преобразованийПри преобразовании структурных схем, помимо указанных выше правил определения передаточных функций соединений, полезно использоватьправила переноса точки съема и точки суммирования.9.1.

Правило переноса точки съемаЕсли точка съема переносится против направления прохождения сигнала,то в переносимую ветвь нужно включить элементы с передаточными функциями всех элементов, встречающихся на пути между прежней и новой точкамисъема (рис.9.1).Рис.9.1. Перенос точки съема против направления прохождения сигналаЕсли точка съема переносится по направлению прохождения сигнала, тов переносимую ветвь нужно включить элементы с обратными передаточнымифункциями всех элементов, встречающихся на пути между прежней и новойточками съема (рис.9.2).Рис.9.2.

Перенос точки съема по направлению прохождения сигнала279.2. Правило переноса точки суммированияЕсли точка суммирования переносится по направлению прохождениясигнала, то в переносимую ветвь нужно включить элементы с передаточнымифункциями всех элементов, встречающихся на пути между прежней и новойточками суммирования (рис.9.3).Рис.9.3. Перенос точки суммирования по направлению прохождения сигналаЕсли точка суммирования переносится против направления прохождения сигнала, то в переносимую ветвь нужно включить элементы с обратнымипередаточными функциями всех элементов, встречающихся между новой ипрежней точками суммирования (рис.9.4).Рис.9.4. Перенос точки суммирования против направленияпрохождения сигналаКонтрольные вопросы1.

С какой целью в радиоавтоматике применяются преобразованияструктурных схем ?2. Какие виды структурных преобразований схем автоматических систем вы можете назвать ?3. Как переносится точка суммирования сигналов при структурных преобразованиях ?2810. Функциональные и структурные схемысистем радиоавтоматики10.1. Система фазовой автоподстройки частоты(ФАПЧ)В системе АПЧ - управляющее напряжение, пропорциональноеΩс = ωпр − ω0 (ω0 − центральная частота), не в состоянии свести до нуля рас-стройку по частоте Ω с .

Система АПЧ является статической. Величина статической ошибки пропорциональна величине начального рассогласования по частоте.В системе ФАПЧ управляющее напряжение пропорционально разностифаз сигнального и опорного напряжений.Это напряжение сводит до нуля начальную расстройку по частоте. Таким образом, в системе ФАПЧ отсутствует статическая ошибка вследствиеинтегральной зависимости разности фаз от частотной расстройки. СистемаФАПЧ является астатической системой автоматического регулирования.Астатизм системы автоматического регулирования определяется числоминтегрирующих звеньев. В системе ФАПЧ происходит одно интегрирование,поэтому ФАПЧ - это система с астатизмом первого порядка.Системы ФАПЧ широко применяются в радиотехнических устройствахразличного назначения.Они применяются в качестве следящих фильтров для восстановления несущей в радиоприемнике при однополосной и балансной модуляции; в системах передачи сообщений методом фазовой манипуляции; для автоматическойподстройки частоты и фазы строчной развертки в телевизоре; в системах цветного телевидения с квадратурной модуляцией цветовой поднесущей; для выделения сигнала на фоне шума в допплеровских системах; для демодуляции сигналов с фазовой модуляций; для построения перестраиваемых по частоте генераторов высокостабильных колебаний; в устройствах воспроизведения магнитной записи и в других областях.В схемном отношении система ФАПЧ отличается от системы АПЧ использованием вместо частотного дискриминатора фазового детектора(рис.10.1).Рис.10.1.

Функциональная схема системы ФАПЧ29Принцип действия системы ФАПЧ состоит в следующем. Колебаниясигнала uc (t) и подстраиваемого генератора ПГ поступают на фазовый детектор ФД. При рассогласовании указанных колебаний по фазе на выходе ФД появляется напряжение, которое, пройдя через фильтр нижних частот ФНЧ, воздействует с помощью управляющего элемента УЭ на частоту подстраиваемогогенератора ПГ так, что исходное фазовое рассогласование уменьшается.При правильном выборе параметров в системе ФАПЧ устанавливаетсясинхронный режим, в котором частота и фаза подстраиваемого генератора следит за частотой и фазой сигнала uc (t).

Переход к синхронному режиму работыобеспечивается в пределах определенного диапазона первоначальных расстроекмежду частотами сигнала и подстраиваемого генератора, называемого полосойзахвата.Составим структурную схему системы ФАПЧ. Разность фаз ϕ колебаний, подаваемых на фазовый детектор, равна ϕ = ϕс - ϕг , где ϕс и ϕг фазы колебаний сигнала и подстраиваемого генератора соответственно.Если не учитывать инерционности амплитудных детекторов, входящих всостав ФД, то его выходное напряжение записывается в видеuд (t) = F(ϕ) + ξ(t) ,где F(ϕ) и ξ(t) - соответственно математическое ожидание и флуктуационнаясоставляющая выходного напряжения.

Функция F(ϕ) , называемая дискриминационной характеристикой фазового детектора, является периодической спериодом 2 π. Ее форма зависит от схемы ФД и соотношения амплитуд входных напряжений.Управляющее напряжение uу = uф , снимаемое с выхода ФНЧ, связано с напряжением uд линейным дифференциальным операторомuф = Wф (p) uд (t) .При работе на линейном участке регулировочной характеристики подстраиваемого генератора его частота ωг связана с напряжением uф линейнойω г = ω гс + S р ⋅ uф ,зависимостьюгде S р - крутизна регулировочной характеристики, ω гс - значение собственной частоты генератора при отсутствии управляющего напряжения. Частотаω гс c учетом ее нестабильности η определяется равенством ω гс = ω г0 + η ,где ω г0 - начальное значение частоты гетеродина.Так как на ФД напряжения сигнала и гетеродина сравниваются по фазе,необходимо от частоты ω г подстраиваемого генератора перейти к его фазе:tϕг = ϕг0 + ∫ ω г (t)dt ,030где ϕг0 - начальная фаза колебаний ПГ.Структурная схема системы ФАПЧ, составленная на основании приведенных соотношений, имеет вид (рис.10.2)Рис.10.2.

Структурная схема системы ФАПЧ1отображает в структуре операцию интегрирования. Если ввеpсти в рассмотрение новые переменные ϕ 1 = ϕс - ω г0 t - ϕ г0, ϕ 2 = ϕ г - ω г0 t - ϕ г0 , то структурная схема упрощается и приобретает следующий видБлок(рис.10.3)Рис.10.3. Упрощенная структурная схема системы ФАПЧ10.2. Системы слежения за временным положениемимпульсного сигнала (Системы АСД)Системы слежения за временным положением импульсного сигналаприменяются для автоматического измерения дальности импульсным радиолокатором; для выделения периодически повторяющихся импульсов на фоне помех в системах связи с импульсными поднесущими.

Такие системы слеженияносят название временных автоселекторов.Функциональная схема системы представлена на рис.10.4. Радиолокационный приемник открывается (стробируется) с помощью временного автоселектора на короткие интервалы времени ожидаемого прихода эхосигнала отизбранной цели.

Эта мера повышает помехоустойчивость приема.31Рис.10.4. Функциональная схема временного автоселектораСтроб-импульсы формируются специальным формирователем Ф, входящим в состав временного автоселектора. В состав временного автоселекторавходят также временной дискриминатор ВД, сглаживающее устройство СУ иустройство регулируемой временной задержки УРВЗ.Совмещение во времени строб-импульсов с эхосигналами цели в каждомцикле зондирования обеспечивается работой следящего автоселектора. С этойцелью формирователь Ф формирует два селекторных импульса СИ1 и СИ2.Импульсы прямоугольной формы СИ1 и СИ2 располагаются симметрично относительно середины строб-импульса и следуют непосредственно друг задругом.Сглаживающее устройство содержит два последовательно включенныхэлектронных интегратора И1 и И2 и корректирующую RC -цепочку КЦ.

Электронные интеграторы могут быть выполнены, например, на операционных усилителях.Временной дискриминатор содержит два каскада совпадений КС1 и КС2на два входа каждый и дифференциальный детектор ДД. Выходные напряжения каскадов совпадений ИС1 и ИС2 образуются в результате совпадения селекторных импульсов СИ1 и СИ2 и эхосигнала цели. Импульсы ИС1 и ИС2 детектируются и вычитаются в дифференциальном детекторе, образуя выходноенапряжение дискриминатора.Вырабатываемые синхронизатором радиолокатора зондирующие импульсы ЗИ запускают мощный импульсный генератор, формирующий радиоимпульсы, излучаемые антенной, и одновременно запускают устройство регулируемой временной задержки УРВЗ автоселектора.

В качестве УРВЗ можетбыть использован , например, фантастрон.32Рис.10.5. Поясняющие временные диаграммыДлительность импульса задержки ИЗ, вырабатываемого фантастроном,зависит от величины управляющего напряжения u2 .От заднего фронта (спада) импульса задержки запускается формирователь селекторных импульсов Ф. Первый селекторный импульс формируетсяждущим мультивибратором, а второй селекторный импульс образуется путемзадержки первого на время, равное его длительности, с помощью линии задержки.При изменении управляющего напряжения u2 селекторные импульсысмещаются во времени относительно зондирующего импульса в пределах отнуля до 0,95 ТЗ, где ТЗ - период повторения зондирующих импульсов.На временных диаграммах, поясняющих функционирование автоселектора (рис.10.5 ), эхоимпульс в момент времени t1 совпадает с первым селекторным импульсом СИ1. В результате на выходе каскада совпадений КС1 возникает импульс совпадений ИС1, уменьшающий по абсолютной величине напряжение на выходе первого интегратора на величину ∆u1.1.

В промежутке между импульсами напряжение на выходе первого интегратора сохраняется постоянным. Вследствие уменьшения напряжения на выходе первого интегратора, выходное напряжение второго интегратора, хотя и продолжает увеличи-33ваться, но с меньшей скоростью. По мере увеличения напряжения на выходевторого интегратора уменьшается длительность импульса задержки ИЗ.