Исследование системы частотной автоподстройки частоты

Министерство образования РФ

Владимирский Государственный Университет

Кафедра РТ и РС

Лабораторная работа №3

«Исследование системы частотной автоподстройки частоты»

Выполнил: студент группы РБ-100 

Принял:      

Владимир 2003

Цель работы: экспериментальное исследование системы  ЧАПЧ генератора, изучение ее основных характеристик, ознакомление с частотными методами анализа линейных систем автоматического регулирования.

Теоретическая часть.

Системы ЧАПЧ предназначены для автоматического изменения частоты генератора в соответствии с изменением частоты колебаний внешнего сигнала. Функциональная схема системы ЧАПЧ приведена на Рис. 1.

Рис. 1. Функциональная схема ЧАПЧ,

где 1 – смеситель, 2 – УПЧ, 3 – частотный дискриминатор,

 4 – инерционный элемент, 5 – ФНЧ, 6 – перестраиваемый гетеродин.

Если выходной величиной служит  частота f_г, то система является следящей; когда выходная величина f_ПЧ, то система находится в режиме стабилизации. В последнем случае система подстраивает промежуточную частоту гетеродинированного  сигнала под частоту настройки контуров УПЧ приемника f_ПЧ0. При f_ПЧ = f_ПЧ0 на выходе дискриминатора напряжения нет и f_г не изменяется. В противном случае напряжение дискриминатора порождает управляющее напряжение U_У, уменьшающее разницу  за счет изменения f_г. Объектом управления в системе выступает гетеродин (6 см. Рис. 1.), управляющим устройством служат узлы 4 и 5 (см. Рис. 1.), а исполнительным устройством – перестраиваемая реактивность контура гетеродина. ФНЧ выделяет постоянное управляющее напряжение и может выполнять функции частотной коррекции.

На Рис. 2. показана характеристика (нелинейная в общем случае) частотного дискриминатора. Рабочий участок ее можно аппроксимировать линейной функцией.

Рис. 2. Характеристика частотного дискриминатора.

В общем случае k_ЧД зависит от амплитуды приложенного сигнала (что не желательно для работы системы ЧАПЧ), поэтому обычно частотному дискриминатору предшествуют амплитудные ограничители или АРУ.

Изменение частоты автоколебаний перестраиваемого генератора f_г осуществляется подачей управляющего напряжения на варикап в колебательной системе генератора. Пропорционально управляющиеся генераторы имеют регулировочную характеристику, описываемую на рабочем участке формулой:

Рис. 3. Регулировочная характеристика гетеродина.

Т. о. можно рассматривать систему ЧАПЧ как линейную, если ограничиться линейным диапазоном характеристик.

Рис. 4. Структурная схема системы ЧАПЧ.

Система ЧАПЧ, работающая в режиме слежения за изменяющейся частотой сигнала f_с, будет также стремиться скомпенсировать уход частоты гетеродина, возникающей из-за разного рода возмущений и нестабильностей. Эти нестабильности приводят к рассогласованию Δf, которое называется ошибкой воспроизведения системы ЧАПЧ. Используя структурное преобразование схемы, связанное с переносом воздействия f_ПЧ0 с выхода смесителя на его вход, и учитывая, что k_с = 1, а f_ПЧ0 – постоянная величина, структурную схему можно привести к обобщенной форме (см. Рис. 5.).

Рис. 5. Обобщенные структурные схемы системы ЧАПЧ.

Ошибка (рассогласование):

где Δf_нс – начальная расстройка частоты относительно штатного значения f_со; f_со – f_го = f_ПЧ0.

Передаточная функция замкнутой системы ЧАПЧ:

Система статическая и обладает ошибкой слежения по расстройке в установившемся режиме (см. Рис. 6.):

определяющейся начальной расстройкой сигнала и коэффициентом передачи системы.

Рис. 6. Ошибка слежения по расстройке.

Т. к. коэффициент системы определяется двумя звеньями  (Рис. 7), то величина ошибки регулирования Δf может быть определена также графическим путем.

Система ЧАПЧ должна обладать высокими показателями устойчивости. Регулирование считается удовлетворительным, если частота среза ЛАЧХ разомкнутой системы приходится на участок с наклоном 20 дБ/дек, и ширина этого участка составляет 1.5-2 декады.