Радиоавтоматика: Учебное пособие по лабораторному практикуму, страница 13

Таким образом, на интервалах t₁ …t₂,  t₃ …t₄  и т.д. с выхода Q триггера Т1 на ключ Кл1 поступает сигнал “лог 1”. Ключ замыкается и к выходу ИЧФД подключается генератор зарядно­го тока + Iд .

Рассмотрим рис. 17, б. Импульсы U₀(t) и U_C(t) поступают одновременно в моменты  t₁, t₂  и т.д. на входы С тригге­ров Т1 и Т2, перебрасывая их в состояние “лог 1”, при котором замыкаются ключи Кл1 и Кл2.Однако в то же время сигналы “лог I” поступают на схему И-НЕ, которая формирует сигнал “лог 0” для сброса с небольшой задержкой триггеров Т1 и Т2, тем самым размыкая оба ключа. Таким образом, триггеры Т1 и Т2 перебрасываются входными сигналами в состояние “лог 1” на очень короткое время, в течение которого ключи Кл1 и Кл2 зам­кнуты.

Рис. 17. Диаграммы, поясняющие работу ИЧФД

На рис. 17, в показан случай, когда U_C(t) опережает U₀(t). В отличие от случая, когда U₀(t) опережает U_C(t) (рис. 17, а) импульсный сигнал “лог I” (ключ Кл2 замыкается) формируется на выходе триггера Т2. В результате на ФНЧ подаются импульсы раз­рядного тока – Iд от генератора ТГ2.

Рис. 17, г и 17, д иллюстрируют случаи, когда  f₀ <  f_C и f₀ <  f_C соответственно. Как видно из рисунков, импульсный  сигнал с выходов триггеров замыкает тот ключ, который позволя­ет скомпенсировать частотную расстройку сигналов U_о(t) и U_c(t)  путем соответствующего изменения напряжения U_Ф(t). При f_C  > f₀ оно уменьшается, а при f_C < f₀ увеличивается (см. рис.18, U₀ - управляющее напряжение, соответствующее номинальной частоте ПГ f_Гo=Nf₀).

Как свидетельствует анализ работы ИЧФД, с точки зрения выходного тока детектор может находиться в одном из следующих трех состояний:

1)  I_g(t)=+I_g, когда к выходу подключается ГТ1;

2)  I_g(t)=-I_g когда к выходу подключается ГТ2;

3)  I_g(t)=0, когда к выходу не подключаются ни ГТ1, ни ГТ2.

Достоинством системы ИФАПЧ и ИЧФД является большая полоса захвата ∆f₃, которая практически равна полосе удержания ∆f_y любых параметрах ФНЧ и определяется техническими ограничениями на выходе напряжения ИЧФД (значение U_max), а также крутизной К_г  регулировочной характеристики ПГ: ∆ f_y = К_г ∙ U_max (см. рис. 18).

Рис. 18. Регулировочная характеристика ПГ

Это обусловлено свойствами ИЧФД, который при нулевой частотной расстройке ведет себя как фазовый, а при отличной от ну­ля расстройке - как частотный детектор, что позволяет не про­изводить предварительную подстройку частоты ПГ при переключении каналов (беспоисковый режим работы). Необходимым для этого условием является выбор полосы захвата ∆f₃ >|∆f_г|_max, где |∆f_г|_max -  максимально возможная начальная расстройка ПГ при переключения каналов (для лабораторного макета СЧ она составляет 9 f_о, т.е 9 кГц).

Дискриминационные характеристики ИЧФД (фазовая и частот­ная) представлены на рис. 19, а и 19, б соответственно. Фазовая характеристика представляет график зависимости постоянной составляющей I_go выходного тока детектора от "фазового сдви­га" сигналов  U_o(t)  и U_C(t). Понятие фазового сдви­га, строго говоря, применимо лишь к гармоническим сигналам. В случае импульсных сигналов под "фазовым сдвигом" понимают величину  φ= 2πf₀τ, пропорциональную временному сдвигу τ импульсных сигналов. Фазовая дискриминационная характе­ристика, представленная на рис. 19, а, соответствует статистичес­кому режиму работы ИЧФД (система ИФАПЧ разомкнута, а частоты, f₀ и f_C равны).

Статическая частотная дискриминационная характеристика ИЧФД (рис. 19, б) представляет зависимость постоянной составляющей I_go тока детектора от частотной расстройки ∆f .

Рис. 19. Статические дискриминационные характеристики ИЧФД

При ∆f=f₀-f_c > 0 она плавно изменяется от значения, близкого к I_g /2, при  ∆f=0  до значения I_g  (асимптотически при ∆f→∞). При, ∆f < 0 частотная характеристика отличается знаком (значение I_go определяется импульсами разрядного тока). В точке ∆f = 0 она соответствует характе­ристике релейного типа.

3. Краткие теоретические сведения

Процесс изменения частоты синтезатора при переключении ка­налов иллюстрируется рис. 20. Он включает захват (нестационарные биения в системе) и подстройку, по окончании которой устанавливается стандартный режим (синхронизация).

Основными качественными показателями синтезатора в режиме перестройки являются длительности процессов захвата T₃ и подстройки Т_П .

Анализ системы ИФАПЧ в режиме подстройки и стационарном ре­жиме проводят на основе линейной квазинепрерывной модели, спра­ведливой при  f_cp«f₀. Структурная схема системы ФАПЧ для этого случая представлена на рис. 21. Предполагается, что все функциональные элементы (за исключением ФНЧ) являются безынерционными с коэффициентами передачи соответственно

,

,

а коэффициент передачи ФНЧ

          (18)

Здесь  и  - соответственно постоянная времени форсирующего и инерционного типовых звеньев.

Рис. 20. График изменения частоты ПГ при перестройке

Смысл обозначений на рис. 21 следующий: Δφ₀, δφ_C, δφ_Г, δφ_ВЫХ - соответственно фазовый шум на опорном и сигнальном входах ИЧФД, собственный шум ПГ и на выходе системы (аргумент t опущен в целях простоты записи), φ=δφ₀-δφ_c – фазовая ошибка (шумами ИЧФД и делителей частоты пренебрегаем).

Рис. 21. Структурная схема системы ФАПЧ

Коэффициент передачи разомкнутой системы

.                    (19)

Здесь К₂=I_дК_Г/N(C₀+C₁) - добротность системы по ускорению (по 2-й производной фазы), имеющая.размерность С^-2 (система имеет астатизм 2-го порядка).

На рис. 22 представлены ЛАХ и ЛФХ разомкнутой системы.

Поскольку ЛФХ не достигает значения –π_рад ни в одной точке (за исключением асимптотических точек ω→0 и ω→∞), устойчивость системы характеризуется одним параметром: запа­сом по фазе ∆φ=arctg ω_срT₁-arctg ω_срT₂.

Оптимизация систем ФАПЧ по критерию минимума времени под­стройки Т_п дает следующие результаты для выбора параметров ФНЧ:

 С₁=8С₀, , ( 20 )

что соответствует частотам сопряжения

 и

и запасу устойчивости по фазе ∆φ ≈ 0,9 рад.

Рис. 22 . ЛАХ и ЛФХ разомкнутой системы