Дескрипторы систем АПЧ. Особенности построения и работы систем АПЧ импульсных приемников. (стр. 2 из 2)

i= аи + bи^г+ ...,

где и — суммарное напряжение, равное

и = и_сcosi (ω_ct +φ) +U_гcosω_nt.

На практике это условие всегда выполняется.

От второго члена выражения получается составляющая тока bUcU_гcosφ, зависящая от сдвига фаз детектируемых колебаний. Зависимость этой составляющей тока от амплитуд детектируемых колебаний нежелательна. Для устранения этого эффекта используют амплитудные ограничители от фазового детектора. Одна из возможных схем фазового детектора приведена на рис. 9. Один из двух сигналов, в данном случае и_с, поступает на диоды в противофазе, второй и_г— в фазе. Полученное на выходе фазового детектора напряжение используется в качестве регулирующего для цепи ФАПЧ. Управляющее напряжение с выхода фазового детектора подается на элемент, подстраивающий фазу гетеродина. B качестве таких устройств, как и в системах частотной АПЧ, используются управляемые реактивности, например варакторы.

Рис. 7. Структурная схема ФАПЧ: 1-эталонный генератор; 2-фазовый детектор 3-подстраиваемый генератор; 4-управляющий элемент

Рис.8. К пояснению работы фазового детектора

Рис. 9. Схема фазового детектора

Разновидности систем АПЧ.

При проектировании супергетеродинных радиоприемных устройств различного назначения предусматривают ручные и автоматические регулировки частот гетеродинов. Указанные регулировки необходимы для обеспечения настройки приемника на частоты разных источников сигналов и подстройки его, чтобы создать наилучшие условия приема сигналов при всех возможных изменениях как частот сигналов, так и частот настроек приемника. Изменения частот могут быть вызваны колебаниями температуры, влажности и давления окружающей среды, изменениями условий распространения радиоволн, напряжений источников питания, эффектом Доплера и рядом других факторов. Несущая частота сигнала может также изменяться в соответствии с заданной программой (например, при быстрой перестройке от импульса к импульсу частоты передатчика импульсной РЛС). Если в приемном устройстве не применять регулировок частот, то необходимо расширять его полосу пропускания так, чтобы принимаемые сигналы не выходили из полосы приема при всех условиях эксплуатации. Это приводит к ухудшению чувствительности и избирательности приемника.

Ручные регулировки частоты (РРЧ) сравнительно просты, и их часто применяют в радиоприемных устройствах. Однако, так как изменения частот нерегулярны, то наибольшую эффективность приема можно обеспечить, применяя автоматическую подстройку частоты (АПЧ)гетеродина.

По характеру изменения частоты подстраиваемого гетеродина системы АПЧ делятся на две группы:

1. Системы АПЧ, стабилизирующие частоту гетеродина. В этом случае АПЧ осуществляет подстройку частоты гетеродина (Г) под эталонную частоту (рис. 10).

Рис. 10. Структурная схема системы АПЧ, стабилизирующей частоту гетеродина.

В качестве источника колебаний эталонной частоты могут использоваться высокочастотные контуры, которые определяют стабилизируемую частоту. Измерительный элемент (ИЭ) при этом представляет собой частотный детектор (ЧД), настроенный на эталонную частоту. Эталоном могут также быть колебания генератора эталонной частоты (ГЭЧ). Колебания гетеродина и эталонного генератора сравниваются в ИЭ, в качестве которого может использоваться фазовый детектор (ФД). Напряжение, пропорциональное отклонению частоты гетеродина от эталонной, используется в качестве сигнала ошибки в цепи управления гетеродина, состоящей из фильтра нижних частот (ФНЧ), усилителя постоянного тока (УПТ) и регулятора частоты (РЧ).

Рис. 11. Структурная схема системы АПЧ, Рис.12. Схема АПЧ с

стабилизирующей промежуточную частоту поисковым устройством

2. Системы АПЧ, стабилизирующие промежуточную частоту сигнал f_п, т. е. разность (или сумму) частот сигнала (передатчика) f_с и гетеродина f_г. которые могут независимо меняться под действием различных причин (рис. 11). В таких системах АПЧ, в отличие от систем первой группы, содержится еще смеситель (С) и усилитель промежуточной частоты (УПЧ). Как и в системах первой группы, промежуточная частота здесь сравнивается с эталонной, в качестве которой можно использовать частоту настройки ЧД или частоту ГЭЧ.

Часто в системах АПЧ используют поисковое устройство (ПУ), управляющее частотой гетеродина по определенной программе (рис. 12). После того как частота гетеродина достигает значения, обеспечивающего попадание сигнала в полосу приема, в устройстве захвата (УЗ) вырабатываются сигналы «захвата» и перестройка частоты гетеродина прекращается. В качестве ИЭ в этом случае можно использовать резонансный контур, настроенный на стабилизируемую частоту гетеродина (для первой группы систем АПЧ) или на промежуточную частоту (для второй группы систем АПЧ). В некоторых системах АПЧ одни и те же каскады (чаще всего это выходные) могут сначала работать в режиме «поиска», а затем при «захвате» переходить в режим слежения за частотой сигнала. Известны системы АПЧ, которые используются как измерители частоты сигнала.

По виду схем различают: электронные системы АПЧ, в которых используют только электронные элементы для усиления и преобразования сигналов, а также для регулировки частоты, и электромеханические системы АПЧ, в которых наряду с электронными элементами содержатся механические регуляторы частоты.

Электронные системы АПЧ обладают большим быстродействием, чем электромеханические, а электромеханические системы АПЧ позволяют обеспечить больший диапазон подстройки частоты. Часто используют комбинированные системы, в которых применены и электромеханические и электронные АПЧ. При этом обеспечивается сравнительно большой диапазон подстройки частоты и достаточное быстродействие.

По характеру сигнала различают: непрерывные, импульсные и дискретные системы АПЧ. В дискретных системах АПЧ регулирующее напряжение формируется из импульсов одного такта работы приемника, а используется в следующем такте .

По типу измерительного элемента системы АПЧ делятся на частотные (АПЧ) и фазовые (ФАПЧ). В частотных системах АПЧ в качестве измерительного элемента используются частотные детекторы, а в ФАПЧ — фазовые детекторы.

По быстродействию системы АПЧ делятся на быстрые (БАПЧ) и медленные инерционные. В медленных системах АПЧ время установления переходного процесса во много раз больше времени установления переходного процесса в приемном Канале, определяемого полосой пропускания канала (для импульсных приемных устройств — несколько периодов повторения импульсов). В БАПЧ время установления переходного процесса меньше длительности импульсных сигналов.

По характеру зависимости ошибки от величины внешнего воздействия системы АПЧ делятся на статические и астатические. Статическими называются такие АПЧ, в которых при постоянном внешнем воздействии имеется постоянная установившаяся ошибка, зависящая от величины воздействия. Астатическими называются такие системы, в которых при любом постоянном внешнем воздействии установившаяся ошибка равна нулю. Система является астатической, если в ее составе имеются интегрирующие элементы. Примером астатической системы АПЧ является ФАПЧ.

Основными узлами АПЧ являются гетеродин, регулятор часто ты гетеродина, частотный или фазовый детектор и фильтр низких частот. Кроме того, в систему АПЧ могут входить смеситель, преобразователь напряжения, усилители и эталоны частоты (источники эталонных колебаний).

ЛИТЕРАТУРА

1. Охрименко А.Е. Основы извлечения, обработки и передачи информации. (В 6 частях). Минск, БГУИР, 2004.

2. Девятков Н.Д., Голант М.Б., Реброва Т.Б.. Радиоэлектроника и медицина. –Мн. – Радиоэлектроника, 2002.

3. Медицинская техника, М., Медицина 1996-2000 г.

4. Сиверс А.П. Проектирование радиоприемных устройств, М., Радио и связь, 2006.

5. Чердынцев В.В. Радиотехнические системы. – Мн.: Высшая школа, 2002.

6. Радиотехника и электроника. Межведоств. темат. научн. сборник. Вып. 22, Минск, БГУИР, 2004.