Лабораторная работа №4

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ РАДИОТЕХНИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ

УСТРОЙСТВА ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ

Лабораторная работа № 4

«ФАЗОВАЯ АВТОПОДСТРОЙКА ЧАСТОТЫ »

Москва 2012

1.Общие сведения

Системой фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) называется система автоматического регулирования, обеспечивающая автоматическое регулирование частоты управляемого генератора в устройствах приема и обработки сигналов в соответствии с частотой входного сигнала и использующая в качестве измерительного элемента фазовый детектор.

Система ФАПЧ используется для подстройки частоты гетеродина в супергетеродинных радиоприемных устройствах, выделения несущей частоты в демодуляторах систем передачи сообщений при реализации когерентного приема сигналов, измерения частоты с помощью узкополосных следящих фильтров, при формировании высокостабильных колебаний в синтезаторах частот различных радиотехнических устройств и т.д. Системы ФАПЧ могут быть реализованы в аналоговом и цифровом виде.

Особенностью системы ФАПЧ (находящейся в состоянии синхронизации) является нулевая статическая ошибка по частоте, т.е. равенство частот колебаний подстраиваемого генератора (гетеродина) u_г(t)=U_гcosω_гt и эталонного (входного) колебания u_с(t)=U_сcosω_сt. Вместе с тем в электронных системах ФАПЧ существует статическая ошибка регулирования по фазе, т.е. статическое отличие фаз колебаний подстраиваемого генератора, управляемого напряжением (ГУН), и эталонного сигнала. Системы ФАПЧ обычно имеют сравнительно узкий диапазон начальных расстроек, в котором они осуществляют подстраивающее действие. При анализе работы системы ФАПЧ рассматривают режимы удержания и захвата.

Режимом удержания называется установившийся режим равенства частот ω_с=ω_г, соответствующий эффективной работе системы ФАПЧ при медленных изменениях начальной расстройки. При этом имеются в виду изменения, скорость которых много меньше скорости переходных процессов в системе.

Режимом захвата называется процесс, возникающий при скачкообразном изменении начальной расстройки и заканчивающийся установлением режима удержания. Характерным различием этих режимов является то, что в режиме захвата существенную роль играют переходные процессы.

Основными характеристиками систем ФАПЧ являются следующие:

- полоса удержания ΔΩ_у – область начальных расстроек ГУН, внутри которой система ФАПЧ эффективно работает в режиме удержания;

- полоса захвата ΔΩ_з – область расстроек ГУН, внутри которой система ФАПЧ эффективно работает в режиме захвата;

- время захвата t_з – время втягивания системы ФАПЧ в режим синхронизации, существенно зависящее от значения начальной расстройки между частотой входного колебания и частотой колебаний ГУН.

Основными элементами структурной схемы системы фазовой автоподстройки частоты (рис. 4.1) являются: фазовый детектор – ФД, фильтр низкой частоты – ФНЧ, усилитель – УС, управляющий

элемент – УЭ и перестраиваемый (синхронизируемый) генератор –

_ГУН.

Рис. 4.1 Структурная схема системы ФАПЧ

4.2.Описание лабораторной установки

Цель лабораторной работы – экспериментальное исследование процесса фазовой автоподстройки частоты:

·определение зависимости полосы пропускания и полосы удержания от значения коэффициента усиления и параметров фильтра низкой частоты (интегрирующего и пропорционально интегрирующего) в петле обратной связи системы ФАПЧ;

·изучение влияния аддитивного входного шума на основные характеристики системы ФАПЧ

Лабораторная установка предназначена для автоматизированных экспериментальных исследований процесса фазовой автоподстройки частоты.

Рис.4.2. Вид лицевой панели установки

Задание 1. Измерение амплитудно-частотной характеристики входного фильтра.

_{fc0 =470кГц}

ΔF=(490-450)кГц=40кГц.

График зависимости U_Σ =F(f_c)

Задание 2. Измерение собственной частоты колебания генератора, управляемого напряжением, ГУН– f_г0.

f_{г0 =456.2кГц}

Измерение производится при разомкнутой петле обратной связи ^{(усилителиK1иK2отключеныот U}_упр^).

Задание 3. Измерение полосы захвата и полосы удержания

ФАПЧ без фильтрации.

Задание 4. Исследование зависимости полосы захвата и полосы удержания ФАПЧ от типа и параметров низкочастотных фильтров в петле обратной связи.

^ΔF_З^=f_зв^–f_{зн=(462-452)кГц=10 кГц}

^ΔF_У ^=f_ув^–f_{ун=(474-450)кГц=24 кГц}

^ΔF_З^=f_зв^–f_{зн=(468-449)кГц=19 кГц}

^ΔF_У ^=f_ув^–f_{ун=(470-445)кГц=25 кГц}

^ΔF_З^=f_зв^–f_{зн=(459-457)кГц=2 кГц}

^ΔF_У ^=f_ув^–f_{ун=(461-451)кГц=10 кГц}

^ΔF_З^=f_зв^–f_{зн=(460-452)кГц=8 кГц}