Функціональні і структурні схеми систем радіоавтоматики

Функціональні і структурні схеми систем радіоавтоматики

1. Система фазового автопідстроювання частоти (ФАПЧ)

У системі АПЧ – керуюча напруга, пропорційна  (w_0-центральна частота), не в стані звести до нуля розстройку по частоті W_с. Система АПЧ є статичною. Величина статичної помилки пропорційна величині початкової неузгодженості по частоті.

У системі ФАПЧ керуюча напруга пропорційна різниці фаз сигнальної й опорної напруги.

Ця напруга зводить до нуля початкову розстройку по частоті. Отже, у системі ФАПЧ відсутня статична помилка внаслідок інтегральної залежності різниці фаз від частотної розстройки. Система ФАПЧ є астатичною системою автоматичного регулювання.

Астатизм системи автоматичного регулювання визначається числом інтегруючих ланок. У системі ФАПЧ відбувається одне інтегрування, тому ФАПЧ – це система з астатизмом першого порядку.

Системи ФАПЧ широко застосовуються в радіотехнічних пристроях різного призначення.

Вони застосовуються як слідкувальні фільтри для відновлення носійної в радіоприймачі при односмуговій і балансовій модуляції; у системах передачі повідомлень методом фазової маніпуляції; для автоматичного підстроювання частоти і фази рядкового розгорнення в телевізорі; у системах кольорового телебачення з квадратурною модуляцією колірної піднесійної; для виділення сигналу на тлі шуму в доплеровських системах; для демодуляції сигналів з фазовою модуляцією; для побудови генераторів, що перестроюються по частоті, високостабільних коливань; у пристроях відтворення магнітного запису й в інших галузях.

У схемному відношенні система ФАПЧ відрізняється від системи АПЧ використанням замість частотного дискримінатора фазового дискрімінатора (рис.1).

Рисунок 1 – Структурна схема системи ФАПЧ

Принцип дії системи ФАПЧ полягає в такому. Коливання сигналу и_с(t) і генератора, що підстроюється, ПГ надходять на фазовий детектор ФД. При неузгодженості зазначених коливань по фазі на виході ФД з'являється напруга, яка, пройшовши через фільтр нижніх частот ФНЧ, впливає за допомогою керуючого елемента КЕ на частоту генератора, який підстроюється, ПГ так, що вихідна фазова неузгодженість зменшується.

При правильному виборі параметрів у системі ФАПЧ установлюється синхронний режим, у якому частота і фаза генератора, що підстроюється, стежить за частотою і фазою сигналу и_с(t). Перехід до синхронного режиму роботи забезпечується в межах визначеного діапазону початкових розстроєк між частотами сигналу і генератора, що підстроюється, який називають смугою захоплення.

Складемо структурну схему системи ФАПЧ. Різниця фаз j коливань, що подаються на фазовий детектор, дорівнює j=j_с-j_м, де j_з і j_м – фази коливань сигналу і генератора, що підстроюються, відповідно.

Якщо не враховувати інерційності амплітудних детекторів, що входять до складу ФД, то його вихідна напруга записується так:

 ,

де F(j) і x(t) – відповідно математичне чекання і флуктуаційна складова вихідної напруги. Функція F(j), називається дискримінаційною характеристикою фазового детектора, є періодичною з періодом 2p. Її форма залежить від схеми ФД і співвідношення амплітуд вхідної напруги.

Керуюча напруга u_d=u_ф, що знімається з виходу ФНЧ, зв'язана з напругою u_d лінійним диференціальним оператором

 .

При роботі на лінійній ділянці регулювальної характеристики генератора, що підстроюється, його частота w_г зв'язана з напругою u_ф ( лінійною залежністю ,

де S_P – крутість регулювальної характеристики, w_Гс – значення власної частоти генератора за відсутності керуючої напруги. Частота w_Гс з урахуванням її нестабільності h визначається рівністю , де w_Г0 – початкове значення частоти гетеродина.

Оскільки на ФД напруга сигналу і гетеродина порівнюються по фазі, необхідно від частоти w_Г генератора, що підстроюється, перейти до його фази:

 ,

де φ_г0 – початкова фаза коливань ПГ.

Структурна схема системи ФАПЧ, складена на підставі наведених співвідношень, має вигляд (рис. 2)

Рисунок 2 – Структурна схема системи ФАПЧ

Блок відображає в структурі операцію інтегрування. Якщо ввести в розгляд нові змінні j₁=j_с-w_Г0t-j_Г0, j₂=j_Г-w_Г0t-j_Г0, то структурна схема спрощується і набуває такого вигляду (рис.3):

Рисунок 3 – Спрощена структурна схема системи ФАПЧ