HYPER15

Частина 1.



Системи фазового автопідстроювання частоти (ФАПЧ).



У системах фазового автопідстроювання частоти (ФАПЧ) здійснюється стеження за фазою сигналу. Такі системи застосовуються в радіоприймальних пристроях як стежачах вузькосмугових фільтрів при відновленні коливання з несучою частотою для сигналів з односмуговою і балансною модуляцією або з фазовою маніпуляцєю, при виділенні сигналу на фоні шумів в доплеровськіх вимірювальних системах. Вони використовуються також як демодулятори сигналів з частотною і фазовою модуляцією, для побудови перебудовуваних по частоті генераторів високостабільних коливанні, в пристроях відтворення магнітного запису і інших областях.

Функціональна схема системи ФАПЧ показана на мал.1.1. Принцип її роботи полягає в наступному. Коливання сигналу і підстроюваного генератора (ПГ) поступають на пристрій, званий фазовим дискримінатором або фазовим детектором (ФД). При розузгодженні вказаних коливань по фазі на виході фазового детектора з'являється напруга, залежна від величини і знаку цього розузгодження. Пройшовши через фільтр ФНЧ, вихідна напруга детектора змінює частоту коливань підстроюваного генератора. Як відомо, зміна фази коливання рівна інтегралу від його миттєвої частоти. Тому при зміні частоти коливань підстроюваного генератора міняється і їх фаза. Управління частотою підстроюваного генератора в системі ведеться так, що первинне неспівпадання фаз коливань сигналу і підстроюваного генератора зменшується і вони підтримуються близькими один до одного.



(с(t) ( г(t)

ФД ПГ







ФНЧ УЭ



Рис.1.1 Функціональна схема ФАПЧ



Системи фазового автопідстроювання, в яких в процесі стеження за фазою сигналу змінюється частота підстроюваного генератора, набули широке поширення на практиці. Їх називають системами фазового автопідстроювання частоти (ФАПЧ). Зміна фази коливань підстроюваного генератора в системі] фазового автопідстроювання може здійснюватися також за допомогою фазового модулятора, керованого напругою, що поступає з виходу ФНЧ. Проте такий спосіб управління фазою коливань підстроюваного генератора використовується рідше.

Системи ФАПЧ - можуть використовуватися як вузькосмугових перебудовувані по частоті фільтри. Виходом фільтру є напруга підстроюваного генератора. Параметри системи ФАПЧ, використовуваної як стежачий фільтр, вибираються так, щоб фаза і частота коливань підстроюваного генератора відстежували зміни фази і частоти корисного сигналу і можливе менше флюктуювала під дією шумів.

Знайдемо математичний опис процесу стеження за фазою сигналу в системі, зображеній на рис.1.1. Покладемо, що на вхід фазового детектора поступає напруга, що є сумішшю сигналу і шуму. Напругу сигналу запишемо у вигляді:

(.)HYPER15



Де - фаза сигналу; n.DSMT4HYPER14HYPER15- початкова фаза; - частота сигналу.

Напруга підстроюваного генератора:

AT (.)HYPER15

де; - фаза коливань підстроюваного генератора.

На виході фазового детектора, формується напруга, залежна

від різниці фаз коливань сигналу і підстроюваного генератора, рівної:

T HYPER15(.)HYPER15

Якщо не враховувати інерційність фазового детектора, то його вихідну напругу - можно представити у вигляді:

HYPER14HYPER15 (.)HYPER15

де - математичне очікування вихідної напруги, залежне від різниці фаз ; - флюктуціїна напруга, яка, за відсутності обмежувача амплітуди на вході фазового детектора не залежить від величини . Функція, звана дискримінаційною характеристикою фазового детектора, є періодичною. Період її рівний . Форма характеристики залежить від схеми фазового детектора,и співвідношення амплітуд Uc і U0. У багатьох випадках фазовий детектор виконує перемножування поступаючих на його входи напруг. При цьому дискримінаційна характеристика має синусоїдальну форму

(.)HYPER15

де — коефіцієнт пропорційності.

При розузгодженні, рівному нулю, напруга сигналу і напруга підстроюваного генератора, як видно з (1.1), (1.2), зсунуті по фазі на 90.

Управляюча напруга , знімаємо з фільтру ФНЧ (рис.1.1), пов'язана з напругою лінійним диференціальним оператором :

(.)HYPER15

Оскільки у фазовому детекторі напруги сигналу і підстроюваного генератора порівнюються по фазі, необхідно від частоти підстроюваного генератора перейти до його фази фг. Цей перехід описується виразом

(.)HYPER15

де фг0 — початкова фаза підстроюваного генератора.



Рис.1.2 Структурна схема.



Структурна схема системи ФАПЧ, поведінка якої описується системою рівнянь (1.3) — (1.7), зображена на мал. 1.2. Блок 1/p отображает в цій схемі операцію інтеграції, відповідну (1.7).

Застосовується також система ФАПЧ звана синхронно-фазовою . Функціональна і структурна схеми системи ФАПЧ вказаного призначення співпадають із зображеними на рис.1.1 і 1.2. Вона характеризується смугою захоплення – це та максимальна зміна частоти при якій система повертається в синхронний режим, а також смугою утримання - це та максимальна зміна частоти при якому система стежить за і .

Для розширення смуги захоплення використовують комбіновану систему ФАПЧ:



Рис.1.3.

Де УСЧ- пристрій зрушення частоти.У цій системі верхнє кільце грубо підстроює частоту ПГ, до смуги захоплення, а нижнє підстроює точніше.

Гідністю синхронно-фазового детектора в порівнянні із звичним (не-стежачого типу) частотним детектором є велика перешкодостійкість. І звичному частотному детекторі різке (порогове) погіршення перешкодостійкості відбувається, коли викиди шуму на вході детектора досягають рівня сигналу. Завдяки використовуванню опорної напруги, що значно перевершує по амплітуді сигнал і шум, в синхронно-фазовому детекторі такого явища не виникає.

Системи ФАПЧ використовуються також у фазованих антенних решітках для когерентного підсумовування сигналів, що приймаються окремими елементами решітки.



1/P



1/p



1/P



СМ



УПЧ



ЧД



ФНЧ



УСЧ



ПГ



ФД



ФНЧ



УЭ



2



Арк.



Дата



Підпис



№ докум.



Арк.



Змн.



Арк.



Дата



Підпис



№ докум.



Арк.



Змн.



3



Арк.



Дата



Підпис



№ докум.



Арк.



Змн.