На рис. 2.3 представлена структурная схема системы АРУ как системы стабилизации. Она описывает линейную нестационарную систему (нестационарность обусловлена наличием звена с переменным коэффициентом передачи K(t)=U1(t)). В стационарном режиме, когда U1(t)=const, система описывается линейным дифференциальным уравнением с постоянными коэффициентами (эта модель системы может использоваться при анализе устойчивости).
Рис. 2.3
Контрольные вопросы
1. Укажите назначение и области применения систем АРУ.
2. Какими показателями характеризуется качество системы АРУ?
3. Назовите основные способы регулирования усиления.
4. Поясните принцип работы системы АРУ.
5. Укажите назначение ФНЧ в системах АРУ и сформулируйте требования к выбору его характеристик.
6. Что такое «задержанная АРУ»? Как она реализуется и в чем ее преимущества?
7. Поясните сущность явления подавления амплитудной модуляции системой АРУ.
8. Изобразите структурную схему системы АРУ. При каких допущениях она составлена?
9. Какой смысл вкладывается в понятие безынерционности отдельных элементов системы АРУ (усилителя, детектора)?
10. Когда применима линейная стационарная модель системы АРУ? Какие задачи она позволяет решать?
ТЕМА 3: «СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ПОДСТРОЙКИ
ЧАСТОТЫ»
Системы автоматической подстройки частоты (АПЧ), их назначение и область применения.
Системы АПЧ относятся к классу следящих систем (систем слежения за частотой). Первоначально эти системы использовались исключительно для автоматической подстройки частоты гетеродинов приемников, что и обусловило такое их название. В настоящее время область применения систем АПЧ гораздо шире: стабилизация промежуточной частоты приемников, следящие фильтры доплеровских измерителей скорости, демодуляция и формирование ЧМ-сигналов и прочее.
Принцип действия системы АПЧ рассмотрим на примере использования ее для стабилизации промежуточной частоты супергетеродинного приемника. Функциональная схема системы АПЧ представлена на рис. 3.1. На вход смесителя (См) поступает сигнал uc(t), принятый антенной (для повышения чувствительности приемника смесителю обычно предшествует усилитель высокой частоты, выполненный на малошумящих активных элементах). Номинальная частота сигнала (частота передатчика) равна fc0. Из-за нестабильности частоты передатчика, а также ухода частоты вследствие эффекта Доплера, частота сигнала fc отличается от fc0 на неизвестную величину Dfc (в общем случае случайная функция времени). На другой вход смесителя поступает опорное колебание uг(t), вырабатываемое подстраиваемым генератором (ПГ) – гетеродином. Номинальная частота fг0 гетеродина отличается от fc0 на фиксированное значение f0 (номинальная промежуточная частота). В зависимости от соотношения частот fc0 и fг0 различают «нижнюю» настройку гетеродина, когда fc0 >fг0, и «верхнюю» настройку (fг0> fc0). Для определенности далее полагаем, что используется «нижняя» настройка гетеродина.
Рис. 3.1
Колебание промежуточной частоты fп=fc–fг усиливается в УПЧ, настроенном на номинальное значение f0, а колебание суммарной частоты fc+fг, а также другие комбинационные составляющие вида kfc±nfг, где k и n – целые числа (в том числе и нуль) отфильтровываются в УПЧ.
Благодаря такому построению приемника основное усиление сигнала осуществляется на промежуточной частоте, что позволяет обеспечить большое усиление и хорошую селекцию сигналов мешающих станций в широком диапазоне частот.
Частота гетеродина в силу ряда причин (отклонение температуры, напряжения питания и др.) в процессе работы приемника изменяется. Нестабильность частоты гетеродина, как и отклонение частоты сигнала от номинального значения, приводит к отклонению промежуточной частоты (частотной расстройке) Df=fп–f0.
Для того, чтобы сохранить постоянство промежуточной частоты (Df=0), необходимо корректировать настройку гетеродина. Ручная подстройка гетеродина малоэффективна, так как не обеспечивает требуемой точности, быстродействия и других показателей. Система АПЧ, действуя подобно оператору, не только высвобождает его, но и действует точнее и эффективнее (в частности, позволяет отслеживать быстрые изменения частоты).
Работает система АПЧ следующим образом. Сигнал промежуточной частоты uп(t) поступает на вход частотного дискриминатора (ЧД), назначением которого является формирование сигнала ошибки U как функции частотной расстройки Df. Зависимость U(Df) носит название дискриминационной характеристики (рис. 3.2).
Рис. 3.2
Если начальная расстройка Df0 не превышает по абсолютной величине некоторого значения Dfз, называемого полосой захвата, то под действием управляющего напряжения Uу(t), снимаемого с выхода ФНЧ, частота подстраиваемого генератора изменяется таким образом, что частотная расстройка Df®0. Полоса захвата является важной характеристикой системы АПЧ. Она определяется шириной раскрыва дискриминационной характеристики, усилением предшествующего дискриминатору тракта, характеристиками подстраиваемого генератора и другими факторами.
В качестве элемента, управляющего частотой ПГ, обычно используется варикап – полупроводниковый прибор, емкость которого зависит от управляющего напряжения. Зависимость частоты ПГ от управляющего напряжения (рис. 3.3) носит название регулировочной характеристики.
Рис. 3.3
При начальной расстройке Df0>0 на выходе дискриминатора формируется сигнал ошибки Uош>0 (постоянное напряжение). Под действием этого напряжения частота fг возрастает (значение fг0, соответствующее разомкнутой обратной связи, называется собственной частотой подстраиваемого генератора). При этом частотная расстройка уменьшается, поскольку Df=fc – fг – f0. При начальной расстройке другого знака частота ПГ, наоборот, уменьшается, что также приводит к устранению частотной расстройки.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.