Системы АПЧ УПиОС непрерывных и импульсных сигналов

13 Системы АПЧ УПиОС непрерывных и импульсных сигналов

13.1 Определение, назначение, классификация и основные параметры системы АПЧ

Определение: системой АПЧ называется совокупность функциональных узлов, обеспечивающих автоматическое регулирование частоты управляемого генератора в соответствии с частотой колебаний, принимаемых за эталон.

Назначение:

-  для стабилизации частоты гетеродина;

-  для стабилизации частоты промежуточной;

-  для реализации следящих фильтров (для слежения за сигналом с медленно изменяющейся частотой и фазой).

Классификация:

1.  по параметру регулирования, по которому сравниваются регулируемое и опорное колебания – частотные (ЧАП) и фазовые (ФАПЧ).

2.  по виду поддерживаемой частоты – АПЧ гетеродина и АПЧ Fпр.

3.  по скорости протекания переходных процессов – инерционные и безинерционные.

4.  по режиму постройки – поисковые и безпоисковые.

Основные параметры:

1.  Коэффициент автоподстройки (1).

2.  Полоса захвата АПЧ – полоса, определяемая областью начальных расстроек, в пределах которой обеспечивается эффективная работа АПЧ, если предварительно система не находилась в режиме захвата.

3.  полоса удержания – полоса расстроек, за пределами которой АПЧ выходит из режима подстройки, если предварительно она находилась в режиме подстройки.

4.  Время установления переходного процесса

5.  Уровень искажений сигнала.

13.2 принцип работы и схемы АПЧ

Структурная схема АПЧ гетеродина показана на рис. 13.1.

Рис.13.1.

Если в качестве ИЭ используется ЧД, то на его выходе появится напряжение рассогласования, которое будет воздействовать на УЭ (варикап). В результате работы такой ЧАП в Гетеродине устанавливается частота, всегда отличающаяся от номинала на величину некоторой остаточной расстройки – иначе такой ЧАП неработоспособен.

Если в качестве ИЭ используется ФД, то необходимо на второй вход подать сигнал от эталонного генератора. Тогда, если разница между их частотами меньше полосы пропускания ФНЧ, то произойдет захват частоты, и fг будет равна fэг, а фазовый сдвиг будет таким, чтобы обеспечивать начальную расстройку для работы системы.

Схема АПЧ промежуточной показана на рис.13.2.

Здесь также в качестве ИЭ может быть как ЧД, так и ФД, но тогда нужен эталонный генератор.

Такая АПЧ будет устранять нестабильность промежуточной частоты и поддерживать её не зависимо от характеристики входного сигнала.

Если вместо эталонного генератора на ИЭ подать входной сигнал, то система превратится в следящий узкополосный фильтр.

Наряду с этими схемами применяют АПЧ с поисковыми устройствами.

Рис.13.3.

Здесь ПоУ изменяет напряжение управления – в итоге меняется частота Г. Когда сигнал войдет в полосу захвата, то на АД выделяется напряжение, которое останавливает поиск.

Используются также совместные схемы, где ЧАП – для грубой подстройки, а ФАП – для точной.

В последнее время широко распространены цифровые системы АПЧ и аналого-цифровые АПЧ.

Их достоинства:

-  не требуют ЧД, точность работы которого влияет на точность работы системы;

-  сохраняют работоспособность при глубоких замираниях сигнала;

-  обеспечивают возможность компенсации остаточной расстройки;

-  легко сопрягаются с синтезаторами частот на цифровой основе;

-  реализуются в интегральном исполнении.

Рис.13.4.

Здесь РС – реверсивный счетчик накапливает число, пропорциональное знаку и величине расстройки. Устройство привязки необходимо для счета импульсов только при совпадении фронтов импульсов.

13.3 Величина остаточной расстройки и время установления переходных процессов в системе АПЧ

Для анализа используем схему ЧАП с рис.13.2. Если частота сигнала изменилась на некоторую величину ∆fнач. Тогда после отработки этой расстройки в петле ЧАП на выходе останется (1), где (2). Ку-коэфф. Усиления цепи регулирования. Это для установившегося режима.

При использовании простого RC-фильтра выражение для оценки остаточной расстройки от времени имеет вид (3), где (4).

График приведен на рис.13.5.

Рис13.5.

Время переходного процесса определяется как время, за которое расстройка достигает 1,1 от установившейся.

Тогда (1), а из нее можно определить параметры фильтра (2).

В целом, постоянная времени АПЧ д.б. (3).

13.4 Определение полосы захвата и удержания систем АПЧ

Удобно показать полосы захвата и удержания на совмещенном графике дискриминационной и регулировочной характеристик.

Дискриминационная- результата перемножения АЧХ УПЧ и детекторной характеристики ЧД.

Рис.13.6.

Тогда из графика можно определить, что (4) и (5).

График зависимости остаточной и начальной расстроек показан на рис.13.7.

Рис13.7.

13.5 Особенности систем ФАПЧ

ФАПЧ практически обеспечивает равенство частоты регулируемого генератора и частоты эталонного генератора с точностью до фазы. В зависимости от назначения ФАПЧ в качестве ЭГ может служить либо принятые приёмником колебания, либо колебания местного высокостабильного ОГ.

Использование ФД для сравнения между собой 2-х частот приводит к тому, что сам ФД оказывается идеальным интегратором.

Главной особенностью ФАПЧ является (при некоторых условиях) отсутствие остаточной расстройки.

Однако, плата за это – возможная неустойчивость работы. Условие устойчивости (6).

13.6 Особенности систем АПЧ приемников импульсных сигналов

Самостоятельно