Дескрипторы систем АПЧ. Особенности построения и работы систем АПЧ импульсных приемников. (стр. 1 из 2)

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

кафедра ЭТТ

РЕФЕРАТ на тему:

«Дескрипторысистем АПЧ. Особенности построения и работы систем АПЧ импульсных приемников. ФАПЧ»

МИНСК, 2008

Дискриминаторы.

Дискриминатор или частотный детектор в цепи АПЧ предназначен для преобразования уходов промежуточной частоты от номинала в управляющее напряжение, полярность которого зависит от знака расстройки. Дискриминаторы характеризуются полосой пропускания и крутизной характеристики Sд. Необходимая полоса пропускания зависит от максимальных уходов промежуточной частоты, т. е. от степени нестабильности гетеродина.

Независимо от типа дискриминатора существуют некоторые общие требования, предъявляемые к нему. Крутизну характеристики дискриминатора во всех случаях выгодно иметь, возможно, большей. Для этой цели, в частности, необходимо, чтобы детекторы дискриминатора работали в режиме линейного детектирования, когда их коэффициент передачи может быть достаточно большим (0,5—0,8). Для обеспечения линейного режима детектирования следует иметь амплитуды напряжения, подаваемые на дискриминатор вблизи частоты его настройки fo не менее десятых долей вольта. Последнее обстоятельство позволяет решить вопрос о необходимости УАПЧ и найти минимальную величину усиления. Важнейшим требованием для любого дискриминатора является стабильность его переходной частоты fo при колебаниях температуры и воздействии других внешних дестабилизирующих факторов. Уход частоты fо по любым причинам будет создавать дополнительную ошибку и работе системы АПЧ

Рассмотрим основные схемы дискриминаторов.

Одном из возможных является схема дискриминатора ил расстроенных контурах, которая может быть выполнена в нескольких вариантах: с последовательными контурами параллельными контурами при различных видах связи контуров с выходным каскадом УПЧ. На рис. 1 приведена структурная схема дискриминатора на расстроенных параллельных контурах. Два контура настроены на частоты f1 и f2. Разность этих частот определяет полосу пропускания дискриминатора. Напряжение, снимаемое с каждого из контуров, детектируется амплитудными детекторами Д1 и Д2. На нагрузке выпрямленное напряжение этих детекторов вычитается. На некоторой частоте (f₀) эта разность равна нулю. При расстройке частоты, поступающей на дискриминатор, полярность выходного напряжения определяется знаком этой расстройки.

На рис. 2. показана схема дискриминатора на расстроенных контурах. Контуры L1C1 и L₂C₂симметрично расстроены относительно переходной частоты f₀. Выходной контур смесителя или УАПЧ L_оC₀настроен на переходную частоту.

Возможен также вариант схемы последовательного вида (рис. 3). На переходной частоте fо напряжении, вырабатываемые детекторами Д1 и Д₂, равны, поскольку они имеют противоположную полярность, их разность u_р равна нулю.

При расстройке частоты относительно f₀ полярность и_рбудет определяться знаком этой расстройки.

Для расчета частотной характеристики дискриминаторов на расстроенных контурах воспользуемся уравнениями кривых резонанса контуров, настроенных на частоты f1 и f₂(рис. 4):

Рис. 1.Структурная схема дискриминатора на расстроенных контурах

Рис. 2. Схема дискриминатора на расстроенных контурах параллельного типа

Рис. 3. Схема дискриминатора последовательного типа на расстроенных контурах

Рис. 4. Кривые настройки контуров дискриминатора

(1)

(2)

где Q1 и Q₂— добротности контуров, причем часто Q1 = Q₂=Q.

Чтобы контур, предшествующий дискриминатору, не сужал его полосы пропускания, добротность этого контура берется в несколько раз меньше добротности контуров дискриминатора. При этом условии частотная характеристикадискриминатора на расстроенных контурах определяется соотношением

Кд=Ад[

- ] (3)

где А_д — коэффициент пропорциональности, зависящий от режима работы детекторов дискриминатора и схемы суммирования выходного напряжения. При достаточно больших амплитудах сигналов, поступающих на детекторы, для дискриминатора (см. рис.4. А_д — 0,3 ... 0,4.

Воспользовавшись формулой (3), найдем переходную частоту, накоторой Кд = 0. Для этого необходимо иметь

откуда

f=

В то же время

f₂-f1=Δf_д, (4)

где f_д — полоса частот между максимумами дискриминаторной характеристики, которая при расчете обычно задается.

Решив совместно (2) и (4), находим частоты настроек контуров дискри- минатора:

Ориентировочное значение добротности контуров можно найти из выражения
Q~ (1...2) =f₀/f_д. (5)

От ряда недостатков свободна схема, приведенная на рис. 65, в которой частотные характеристики дискриминатора и УПЧ формируются многоконтурными избирательными системами / и II, каждая из которых может содержать два и более резонансных контуров. В цепи УПЧ напряжения с выхода / и II складываются и формируют полосу пропускания УПЧ; в цепи АПЧ эти напряжения после детектирования вычитаются и формируют характеристику дискриминатора.

Возможный вариант схемы АПЧ, соответствующий структурной схеме рис. 5.

Рис. 5. Структурная схема АПЧ с совмещенной многоконтурной избирательной системой

Рис.6. Структурная схема радиолокационной станции СВЧ диапазона

Особенности построения и работы систем АПЧ импульсных приемников

Автоподстройка частоты импульсных приемников издавна применялась в радиолокационных системах, работающих в диапазоне СВЧ на частотах 3000 МГц и выше (λ= 10 см). Цепи АПЧ таких приемников имеют свои особенности, которые рассмотрены ниже.

Структурная схема одной из первых радиолокационных систем сантиметрового диапазона приведена на рис. 6. В передатчике для генерации СВЧ колебаний используется магнетрон М, управляемый импульсами постоянного тока нужной длительности (единицы микросекунд и меньше). Гетеродином приемника служит клистрон К (в современных системах чаще применяются полупроводниковые генераторы), частота колебаний которого зависит от отрицательного напряжения, поданного на его отражатель. Поэтому устройство не нуждается в отдельном устройстве управления частотой. АПЧ может осуществляться путем воздействия на отражатель клистрона усиленного напряжения. Управление частотой должно осуществляться так, чтобы разность частот, генерируемых магнетроном передатчика и клистроном, оставалась постоянной и равной средней частоте настройки УПЧ приемника.

Фазовая автоподстройка частоты (ФАПЧ).

Все рассмотренные выше системы АПЧ основаны на выделении сигнала ошибки, равного разности частот подстраиваемого гетеродина и некоторого эталона, которым является переходная частота дискриминатора. Этой разности пропорциональны сигнал ошибки, и регулирующее напряжение и_р, которое так воздействует на элементы приемника, что результирующая ошибка уменьшается. Но это не единственно возможный принцип стабилизации частоты гетеродина. Существует также широкий класс систем фазовой автоподстройки частоты, которые в ряде случаев 'более эффективны, а иногда и служат единственно возможными способами автоподстройки частоты различных генераторов и гетеродинов приемников в частности. Однако системы ФАПЧ намного сложнее и дороже рассмотренных схем частотной автоподстройки. Поэтому они не применяются в массовых радиовещательных приемниках, а используются исключительно в специальной радиоприемной и другой профессиональной аппаратуре.

На рис. 7 приведена схема одного из вариантов ФАПЧ вместо частотного детектора (дискриминатора) в цепь входит фазовый детектор. В цепь входит высокостабильный опорный генератор, под фазу которого подстраивается фаза управляемого генератора (гетеродина).

Задача фазового детектора состоит в получении постоянного выпрямленного напряжения, зависящего от фазового сдвига угла детектируемого сигнала

относительно напряжения опорного генератора. Эту цель можно достигнуть, если подавать на фазовый детектор сигнал и₀с фазой φ и напряжение от опорного генератора U_г, фаза которого считается нулевой (рис. 8). При отклонении фазы детектируемого сигнала на выходе фазового детектора получается напряжение, пропорциональное фазовому сдвигу, а полярность его соответствует знаку изменения фазы.

В фазовых детекторах как и в других видах детекторов, используются нелинейные элементы — диоды. Для реализации процесса фазового детектирования необходимо осуществить перемножение двух сигналов. Это можно получить, если нелинейный элемент описывается уравнением, содержащим слагаемое, пропорциональное квадрату воздействующего напряжения: