Первачев С.В. Радиоавтоматика (1982) (1095886), страница 4
Текст из файла (страница 4)
дует из (2.2) и (2.4), отклонения промежуточной частоты сигнала по отноп|ению 0 51 к переходной частоте дискриминатора н по отношению к ее номинальному значению равны между собой, т. е. выполняется равенство Я = Ьы. Однако изменения РПС. 2.2 питающих напряжений, температуры, давления, влажности приводят к тому, что частоты впрр и вп могут различаться на некоторую величину, характеризующую нестабильаость переходной частоты дискриминатора. Тогда ап пРО+бр"' (2.5) Из (2.2), (2.4), (2.5) следует, что связь между расстройками дд и .
Ьы определяется в этом случае равенством (2= а)„„— РП„= Ла — ба. (2.6) Фильтр нижних частот, включаемый на выходе частотного дискриминатора, является, как правило, линейным устройством и описывается линейным дифференциальньдм уравнением. При использовании однозвенного ЯС-фильтра оно имеет вид Тф пифа+ иф (1) = ил (г), (2.?) где Тф=п(С вЂ” постоянная времени фильтра; иф(г) — напряжение на выходе фильтра. Обозначив оператор дифференцирования Н/г(Г через р, уравнение (2.?) можно записать в виде (Тфр+))иф(г) =ид(г) нли более компактно иф(~) = - и„(г)=-Кф(р)и~((), (2.8) 1+ тфр где Кф(р) — операторный коэффициент передачи фильтра.
Структура, т, е. вид операторного коэффициейта передачи Кф(р), н параметры фильтра нижних частот системы ЧАП зависят от ее назначения. В системах частотной автоподстройкн вещатель- 13 ных приемников обгячно используют ЯС-фильтрьь Их постоянная времени Тф выбирается так, чтобы на выход фильтра проходили ,медленные изменения выходного напряжения дискриминатора, вызванные уходами промежуточной частоты сигнала.
Флюктуационная составляющая выходного напряжения дискриминатора, а также составляющая этого напряжения, вызванная амплитудной и частотной модуляцией сигнала полезным сообщением, должны в фильтре подавляться. Фильтры нижних частот, используемые в системах частотной автоподстройки радиолокационных приемников, обычно содержат интеграторы, Определенное распространение в этих системах получили фильтры, в состав которых входят два интегратора.
Операторный коэффициент передачи таких фильтров Кф(р) =и„з(1+ +Т~р)/р-'. Вид операторного коэффициента передачи фильтра нижних частот существенно влияет на свойства системы частотной автоподстройки. Изменение частоты подстраиваемого генератора достигается подключением к контуру генератора управляющего элемента, обладающего регулируемым реактивным сопротивлением. В качестве такого элемента можст использоваться, например, варикап. Вари- капом называют запертый полупроводниковый диод, емкость р — и перехода которого зависит от величины запирающего напряжения.
Простейшая схема подключения варикапа к контуру генератора показана на рис. 2.3. Емкость варикапа регулируется напряжением иф, снимаемым с выхода фильтра нижних частот системы. Напряжение, поступающее с делителя, образованного резисторами ГГГ', Я2, обеспечивает запирание диода как при отрицательных, так и при положительных значениях напряжения иф. Конденсаторы С1, С2 являются блокировочными. -гг и Рис, 2.4 Рис, 2.8 Зависимость (рис. 2.4) частоты подстраиваемого генератора от управляющего напряжения, поступающего с выхода ФНЧ системы, называют регулировочной характеристикой. Важным ее параметром является величина ЬГСГ „„., максимально возможного изменения частоты генератора под действием управляющего напряжения.
При малых величинах напряжения иф регулировочная характеристика линейна и описывается выражением Г= ГС-~- Г ф (2.9) 14 где Яр — крутизна регулировочной характеристики, го„— значение собственной частоты генератора при отсутствии управляющего напряжения, Частота го„с учетом ее нестабильности бог„определяется равенством гого=гого+ бгогс =гасо госг о -1- бгогсг (2.10) где ог,о, гого — поминальные значения частот подстраиваемого генератора (гетеродина) и сигнала.
Соотношения (2.1) — (2ЛО) описывают процесс управления в системе частотной автоподстройки. Их можно отобразить в виде структурной схемы. Структурной схемой системы автоматического- управления принято называть такую, в которой каждой математической операции, описывающей процесс управления, соответствует определенное звено. Структурная схема является, следовательно, формой представления математического описания системы и весьма удобна для ее анализа. Структурная схема системы ЧАП, построенная на основании (2.1) — (2.10), имеет вид, показанный на рис. 2.6. Сумматор изображен на пем в виде кружка, разделенного па секторы.
Затенен- Рнс. 2.Б ный сектор сумматора отображает операцию вычитания. Если при исследовании системы ЧАП ввести в раоамотрение отклонения бго„ бго частот сигнала и гетеродина от их номинальных значений бгос=гос ысо~ бгог=о1г гого~ а также положить нестабильность переходной частоты дискриминатора равной нулю, то структурная схема системы ЧАП упрощается и принимает вид, изображенный на рис. 2.6. Структурные схемы, показанные на рис. 2.5 и 2.6, позволяют проанализировать процессы, происходящие в системе частотной автоподстройки. В зависимости от задачи исследования и условий работы системы они могут дополнительно упрощаться нли услож.
няться. Так, если величина рассогласования й мала, то нелинейную характеристику дискриминатора Р(1с) можно заменить более простой линейной характеристикой. При анализе устойчивости системы может оказаться необходимым учет инерционности УПЧ и частотного дискриминатора. Структурная схема системы прн этом несколько усложняется. 15 Риа 2.7 Риа 2.б 2.2.
Системы фазовой аатоподстройки В системах фазовой автоподстройки (ФАП) осуществляется слежение за фазой сигнала. Такие системы применяются в рэдиоприемных устройствах в качестве уркополосных следящих фильтров при восстановлении колебания с несущей частотой для сигналов с однополосной и балансной модуляцией или с фазовой манипуляцией, при выделении сигнала на фоне шумов в доплеровских измерительных системах, Они используются также в качестве демодуляторов сигналов с частотной и фазовой модуляцисй, для построения перестраивэемых по частоте генераторов высокостабильных колебаний, в устройствах воспроизведения магнитной записи и других областях.
Исследованию систем ФАП посвящена весьма обширная литература, в том числе работы ~!3, 14) и др. Функциональная схема системы ФАП показана на рис. 2.7. Принцип се работы состоит в следующем. Колебания сигнала и подстраивэемого, генератора (ПГ) -поступают нэ устройство, называемое фазовым дискриминатором или фазовым детектором (ФД). При рассогласовании указанных колебаний по фазе на выходе фазового детектора появляется напряжение, зависящее от величины и знака этого рассогласования. Пройдя через фильтр ФНЧ, выходное напряжение детектора изменяет частоту колебаний подстраиваемого генератора.
Как известно, изменение фазы колебания равно интегралу от его мгновенной частоты. Поэтому при изменении частоты колебаний подстраиваемого генсраторэ м~еняется и их фаза. Управлевие частотой подстраиваемого генератора в системе ведется так, что первоначальное несовпадение фаз колебаний сигнала и подстраиваемого генератора уменьшается и они поддерживаются близкими друг к другу. Системы фазовой автоподстройки,'в которых вдроцессе слежения за фазой сигнала изменяется частота подстраиваемого генератора, получили широкое распространение иа практике. Инопда их называют системами фэзовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Изменение фазы колебаний подстрэивасмого генератора в системс фазовой автоподстройки может осуществляться также с помощью фазового модулятора, управляемого напряжением, поступающим с выхода ФНЧ.
Однако такой способ управления фазой колебаний подстранваемого генератора используется реже. ьб Познакомимся подробнее с некоторыми применениями и математическим описанием систем ФАП (рис. 2.7). Так же как и рассмотренные ранее системы частотной автоподстройки, системы ФАП могут использоваться в качестве узкополосных перестраиваемых по частоте фильтров. Принцип осуществления фильтрации системой ФАП тот же, что и при использовании системы ЧАП.
Выходом фильтра является напряжение подстраиваемого генератора. Параметры системы ФАП, используемой в качестве следящего фильтра, выбираются так, чтобы фаза и частота колебаний подстраиваемого генератора отслеживали изменения фазы н частоты полезного сигнала и возможно меньше флюктуировали под действием шумов. Существенное различие фильтров, построенных на базе систем - ЧАП и ФАП состоит в следующем, П и использовании системы ЧАП, как отмечалось в $2., информация о жение эквивалентного фйльтйа (напряжение подстраиваемого,генератора) с точностью до ошибки слежения воспроизводит не о частоту, но и азу выделяемого сигнала.
Это важно для рпхг приктячбьих йрименений, таких, например, как выделенйе напряжения' синхронизации в многоканальных системах передачи сообщений с временным разделением, при выделении несущей фазоманипулировазгных сигналов н в ряде других случаев. Найдем математическое описание процесса слежения за фазой сигнала в системе, изображенной на рис. 2.7. Положим, что на вход фазового детектора поступает напряжение 'и,„(1) =и,(1) + +и (1), представляющее собой смесь сигнала и шума.
Напряжение сигнала запишем в виде и, (1) =- У, з) и гр, (1), (2.11) где (1м (1) =фсО+ ( ис (1)г(г — 'фаза сигнала; Я)сΠ— начальная фаза; о гв„. (1) — частота сигнала. Напряжение подстраивавмого генератора и„(1) = У, соз гр,, (1), (2.! 2) где ~р„(1) — фаза колебаний подстраиваемого генератора. На выходе фазового детектора, некоторые варианты построения которого рассмотрены в гл. 3, формируется напряжение, зависящее от разности фаз колебаний сигнала и подстраиваемого генератора, равной р (1) =р'(1) — р. (1).
(2.!3) Если не учитывать инерционность фазового детектора, то его выходное напряжение можно представить в виде и Я=И (и (1))+ $(1)=г" (~р)+$(1), (2.14) где М[ид(1)) =Р(~р) — математическое ожидание выходного напряжения, зависящее от разности фаз гр; $(1) — флюктуационное р„= „+ (го,(!)о(1, "о где ~р,о — начальная фаза подстраиваемого генератора. (2,17) Рис. 2Я Структурная схема системы ФАП, поведение которой описывается системой уравнений (2.9), (2.13) — (2.17), изображена на рис, 2.8. Блок 1/и отображает в этой схеме операцию интегрирования, соответствующую (2.17). !8 напряжение, которое, как показывает анализ, при отсутствии ограничителя амплитуды на входе фазового детектора не зависит от величины Чо. Функция Р:(гр), называемая дискриминационной характеристикой фазового детектора, является периодической.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
