Радиоавтоматика: Учебное пособие по лабораторному практикуму, страница 12

7. Установившаяся фазовая ошибка системы ФАПЧ с ПИФ при типовых воздействиях (скачок, линейная и квадратичная функции).

8. Шумовая фазовая ошибка системы ФАПЧ с ПИФ. Шумовая
полоса системы и ее связь с параметрами системы.

9. Основное уравнение системы ФАПЧ в отсутствие шумов.

10. Фазовый портрет системы ФАПЧ первого порядка. Особен­ности работы системы ФАПЧ в различных режимах.

11. Физический смысл понятий полосы захвата и полосы удержания. Связь полосы захвата с параметрами системы.

12. Постановка задачи оптимизации параметров системы ФАПЧ с ПИФ. Результаты оптимизации (без вывода).

13. Области применения системы ФАПЧ (стабилизация промежуточной частоты, следящий фильтр, восстановление несущей, де­модуляция сигналов, синтез частот, когерентное сложение сиг­налов).

Литература

1.  Бондаренко, В.Н. Основы автоматики / Учебное пособие – ИПЦ КГТУ: 2004.

2.  Первачев, С.В. Радиоавтоматика. М.: Радио и связь, 1982.

3.  Шахгильдян, В.В., Ляховкин А.А. Системы фазовой автоподстройки частоты. М.: Связь, 1972.

Кривицкий, Б.Х., Автоматическое сложение за частотой М.: Энергия, 1974.

Лабораторная работа №6

Исследование синтезатора частот

Цель работы – изучение принципа действия синтезатора час­тот и экспериментальное исследование его характеристик.

1.  Общие положения

Перед выполнением лабораторной работы студентам необходи­мо:        

●    ознакомиться  с методическими указаниями к работе и изучить соответствующие разделы рекомендованной литературы;

●    ознакомится с функциональной схемой синтезатора частот и изучить принцип его работы;

●    уяснить методику расчета основных показателей качества синтезаторов частот.

В процессе выполнения лабораторной работы студенты прово­дят экспериментальное  исследование характеристик синтезатора и приобретает навыки практической работы с радиоаппаратурой.

К выполнению работы допускаются студенты, оформившие ре­зультаты своей подготовки в виде соответствующей части отче­та, содержание которой определяется домашним заданием.

2. Лабораторная установка

Синтезатор частот (СЧ) предназначается для формирования, сетки частот в диапазоне 1000 - 1009 кГц с шагом 1 кГц. Син­тезатор (рис.15) выполнен на основе кольца импульсной фазовой автоподстройки частоты (ИФАПЧ), включающего в себя импульсный частотно-фазовый детектор (ИЧФД), фильтр нижних частот (ФНЧ), подстраиваемый генератор (ПГ) и делитель с переменным коэффициентом деления (ДПКД).  Кроме того, в состав синтеза­тора входят формирователь опорного сигнала, состоящий из квар­цевого генератора (КГ) и делителя частоты (ДЧ), а также шифратор номера канала (ШН). 

Принцип работы синтезатора частот заключается в следующем. Формирователь опорного сигнала вырабатывает последовательность импульсов прямоугольной формы со стабильной частотой пов­торения f_o = 1 Гц путем деления частоты f_k = 100 кГц. Опорный сигнал U_o(t)  подается на ИЧДФ, на другой вход которого поступает сигнал U_c(t)  (также последовательность импульсов) о выхода ДПКД. Частота этого сигнала "подстраива­ется" под значение f_o с помощью системы ИФАПЧ. Коэффициент деления ДПКД определяется номером N_k  выбранного канала: N = 1000 + N_к , где N_к = 0.1,..,9. Частота выходного гармонического сигнала синтезатора в стационарном режиме рав­на  Nf_o  = =(1000 + N_к )f_o, кГц.

Рис. 15. Функциональная схема синтезатора частот

Фильтр нижних частот преобразует импульсы тока фазового детектора в постоянное напряжение, поступающее на варикапы ПР, перестраивая его частоту таким образом, чтобы на выходе ДПКД устанавливалась частота f_C = f_o = 1 кГц. Помимо ослабления влияния шумов на процесс управления частотой ПГ, фильтр нижних частот подавляет паразитные спектральные сос­тавляющие с частотой сравнения f_о, и ее гармоник, обусловленные импульсным характером сигналов. Последнее необходимо для обеспечения низкого уровня побочных спектральных составляющих (ПСС) на выходе синтезатора.

Рассмотрим работу импульсного, частотно-фазового детекто­ра. В состав ИЧФД (рис. 16) входят два D – триггера с общей схемой сброса на базе элемента И-НЕ, два ключа (Кл1 и Кл2), управлявших выходными сигналами триггеров, а также генераторы токов заряда (ГТ 1) и разряда (ГТ 2).

Логическая схема И-НЕ формирует импульс сброса триггеров при поступлении на оба ее входа сигналов “лог 1”. Импульс сброса подается на входа R триггеров и отрицательным фронтом, устанавливает Т1 и Т2 в состояние “лог 0”. В этом состоянии каждый из триггеров находится до тех пор, пока на его вход С не поступят импульс, который передним положи­тельным фронтом перебросит его в состояние “лог 1”.

Каждый из ключей замыкается при выходном сигнале “лог 1” соответствующего триггера и размыкается при сигнале “лог 0”.

На рис. 17 представлены временные диаграммы, иллюстрирующие работу ИЧФД в случае равенства частот f_o и f_C (рис. 17, а-в), а также их различия (рис. 17, г и д).

Рис. 16. Функциональная схема ИЧФД

Рассмотрим рис. 17,а. Предположим, что оба триггера находят­ся в состоянии “лог 0”. В моменты t₁ на вход С триггера Т1 поступает сигнал U_о(t), который устанавливает его в состояние “лог 1”. С выхода Q, триггера Т1 сигнал “лог 1’" (на рис.17 обозначен Q1) подается на ключ Кл1, подключая тем самым генератор тока заряда ГТ1 на выход ИЧФД. Одновремен­но сигнал Q1 поступает на вход “1” схемы И-НЕ. Ключ Кл2 разом­кнут, так как на его управляющем входе действует сигнал “лог 0” (на рис. 17 обозначен  2). Такое состояние ИЧФД сохра­няется до момента t₂, когда на вход С триггера Т2 посту­пает импульс U_c(t), перебрасывая передним фронтом триггер Т2 в состояние “лог 1”. При этом с выхода Q триггера Т2 сигнал “лог 1” поступает на вход “ 2” схема И-НЕ, вызывая сраба­тывание схемы сброса и установку триггеров Т1 и Т2 в состояние “лог 1”. В результате оба триггера а интервале t₂ …t₃  имеют на своих выходах Q сигналы “лог 0”, что соответствует разомкнутому состоянию ключей Кл1 и Кл2. В момент t₃ и t₄ состояния триггеров и схемы сброса аналогичны рассмотренным ра­нее (соответственно для t₁ и t₂).