Автоматическая подстройка частоты

Автоматическая подстройка частоты (АПЧ)

Принцип действия и виды систем апч

АПЧ должна обеспечивать требуемую точность настройки РПУ при воздействии дестабилизирующих факторов. Случайные изменения частоты гетеродина приводят к изменению промежуточной частоты .

Поэтому задача АПЧ сводится к подстройке частоты гетеродина для точного соответствия промежуточной частоты частоте, на которую настроен тракт ПЧ. Для АПЧ вводится специальная цепь АПЧ (рис. 1), состоящая из измерительного элемента (ИЭ), фильтра (Ф) и регулятора частоты (РЧ).

Рис. 1 Цепь АПЧ.

Измерительный элемент вырабатывает напряжение регулировки. В зависимости от вида ИЭ различают частотные и фазовые системы АПЧ. В системах с частотной АПЧ измерительный элемент оценивает отклонение частоты напряжения на входе цепи АПЧ от эталонного значения. В качестве ИЭ используется частотный детектор.

В системах фазовой АПЧ в качестве ИЭ используется фазовый детектор, оценивающий отклонение фазы напряжения на входе цепи АПЧ от фазы эталонного (опорного) напряжения. Фильтр в цепи АПЧ по аналогии с фильтром АРУ не пропускает быстрых изменений напряжения, а пропускает лишь медленное изменение напряжения, связанное с уходом частоты гетеродина. Регулятор частоты (РЧ) обеспечивает подстройку частоты гетеродина. В зависимости от точки, к которой в цепях приемника подключена цепь АПЧ, различают два вида устройств АПЧ. Устройство АПЧ, поддерживающее постоянной промежуточную частоту приведено на рис. 2.

Рекомендуемые материалы

Рис. 2 Разностная АПЧ.

Поскольку ПЧ равна разности частот гетеродина и сигнала такие устройства АПЧ называют разностными. В этом устройстве цепь АПЧ подключается к выходу УПЧ приемника (рис. 2). При появлении отклонения ПЧ от номинального значения вырабатывается напряжение, которое подстраивает частоту гетеродина. Устройство разностной АПЧ работоспособно только при наличии на входе приемника сигнала. В этом случае АПЧ обеспечивает подстройку приемника, как при изменении частоты гетеродина, так и при изменении частоты сигнала в передатчике.

 Двухканальная система разностной частоты (рис. 3) применима при расположении передатчика рядом с приемником, что характерно, например для РЛС.

Рис. 3 Двухканальная система АПЧ.

Для подстройки создается второй канал и поскольку от передатчика поступает сильный сигнал его необходимо ослабить делителем напряжения (ДН). На выходе преобразователя частоты (ПрЧ2) второго каскада образуется напряжение частоты , которое после усиления в УПЧ поступает в цепь АПЧ. Устройство (рис. 3) работоспособно при отсутствии сигнала на входе приемника.

Структурные схемы АПЧ, работоспособные при отсутствии сигнала приведенные на рис. 4а и 4б не устраняют изменений промежуточной частоты из-за изменений частоты сигнала. Цепь частотной АПЧ (рис. 4а) включает в себя частотный детектор, фильтр и регулятор частоты. Фазовая АПЧ (рис. 4б) позволяет сравнивать фазы колебаний гетеродина и опорного генератора (ОГ). В качестве измерительного элемента в фазовой АПЧ используется фазовый детектор (ФД). Напряжение регулировки в фазовой АПЧ зависит от сдвига фаз между колебаниями подстраиваемого и опорного генераторов. По сравнению с частотной АПЧ фазовая АПЧ более чувствительна, т.к. реагирует даже на самое малое расхождение частот.

Рис. 4 а) Частотная АПЧ.

Рис 4 б) Фазовая АПЧ.

В зависимости от вида регулятора частоты различают электронные и электромеханические системы АПЧ. В электронных системах АПЧ в качестве регулятора частоты используется варикап, в электромеханических – электродвигатель. Наибольшее распространение на практике нашли электронная частотная и фазовая АПЧ. Для оценки качества работы электронных частотных АПЧ приемников непрерывных сигналов (рис. 2) используются такие параметры как:

1. Остаточная расстройка – это допустимое отклонение частоты от номинального значения.     

2. Коэффициент автоподстройки – это отношение расстройки частоты Δf при разомкнутой системе АПЧ к остаточной расстройке :

                                                    (1)

3. Полоса удержания – это полоса промежуточных частот в пределах которой система АПЧ удерживает промежуточную частоту близкой к номинальному значению.

4. Полоса захвата - это полоса частот, в пределах которой происходит захват частоты принимаемой станции системой АПЧ и после чего настройка приемника сохраняется при отклонении промежуточной частоты в пределах полосы удержания.                                                                                                                         

Характеристики измерительного элемента (ИЭ) и регулятора частоты (РЧ) приведены на рис. 5а и 5б.

Рис. 5 а) Характеристика ИЭ.

Рис. 5 б) Характеристика РЧ (варикап).

При изменении промежуточной частоты на Δf изменяется напряжение на выходе частотного детектора на ΔU (рис. 5а). Это изменение напряжения ΔU, подаваемое на варикап изменяет частоту гетеродина, так чтобы свести расстройку  к нулю, т.е. характеристики регулятора частоты и измерительного элемента должны быть зеркальными. Чем больше крутизна частотного детектора и регулятора частоты (тангенс угла наклона соответствующей характеристики), тем больше коэффициент автоподстройки (2).

                             (2)              

В реальных цепях электронной частотной АПЧ выражение (2) принимает значение  = 20 ÷ 50.                            

Электронная частотная АПЧ приемников импульсных сигналов приведена на рис. 6.

Вам также может быть полезна лекция "20 Тгс наливных грузов".

Рис. 6 Схема АПЧ приемников импульсных сигналов.

 В инерционных цепях АПЧ приемников импульсных сигналов постоянная времени выбирается много больше периода повторения импульсов. Цепь АПЧ состоит из частотного детектора – ЧД, усилителя видеоимпульсов – ВУ, пикового детектора – ПД, фильтра – Ф и регулятора частоты – РЧ.

               (3)

где  и  – коэффициенты передачи видеоусилителя и пикового детектора.

В быстродействующих цепях импульсных АПЧ подстройка производится в пределах действия одного импульса.