Частина 1

Системи автоматичної підстройки частоти(далі системи АПЧ) використовуються у радіоприймальних пристроях для підтримки постійної проміжної частоти сигналу, для стабілізації частоти генерованих коливань, для вузькосмугових перестроюваних по частоті фільтрів, а також як демодулятори частотно-модульованих коливань із зворотнім зв’язком по частоті.

1.1 Функціональна схема системи АПЧ

Спрощена функціональна схема зображена на рисунку 1.1.





Рисунок 1.1 – Функціональна схема системи АПЧ

Умовні позначення на рисунку 1.1:

ЗМ – змішувач: перетворює вхідний сигнал на проміжну частоту, видає на виході безкінечне число комбінаційних складових;

ППЧ – підсилювач проміжної частоти: виділяє проміжну частоту, підсилює її та подавляє інші комбінаційні складові;

ЧД – частотний дискримінатор: при появі відхилення проміжної частоти сигналу від її номінального значення, котре співпадає з центральною частотою ППЧ, на виході дискримінатора виникає напруга, яке залежить від величини та знаку відхилення .

ФНЧ – фільтр нижніх частот: згладжує вихідну напругу з ЧД та забезпечує задані запаси стійкості та задану точність.

КГ – керований гетеродин: змінює свою частоту в залежності від напруги з виходу ФНЧ(електронно-керований генератор).

Структурна схема системи АПЧ

Структурна – це схема, у якій кожній математичній операції відповідає якась ланка, тобто структурна схема – це математичний спосіб опису систем.

Для того, щоб побудувати структурну схему, необхідно математичними засобами описати процеси у кожному з окремих елементів системи(рисунок 1.1).

Перетворення частоти вхідного сигналу у змішувачі описується відношенням:

, (1.1)

де - проміжна частота сигналу; - частота сигналу та підстроюваного генератора відповідно.

У загальному випадку ППЧ можна вважати лінійною ланкою з передаточною функцією . Однак, швидкість перехідних процесів у змішувачі, ППЧ та ЧД більша, ніж у ФНЧ. При цьому ЗМ, УПЧ та дискримінатор можна вважати елементами безінерційними по відношенню до зміни частоти сигналів, які поступають на їх входи.

Відхилення проміжної частоти сигналу від її номінального значення описується рівнянням:

(1.2)

Вихідна напруга частотного дискримінатора при дії на його вході сигналу та внутрішнього шуму приймача можна записати у вигляді суми математичного очікування і центрованої випадкової складової:

, (1.3)

де - математичне очікування вихідної напруги, яке залежить від розстройки ; - флюктуаційна складова напруги ; - розстройка проміжної частоти сигналу по відношенню до центральної частоти дискримінатору.

(1.4)

Залежність математичного очікування вихідної напруги частотного дискримінатору від розстройки називають дискримінаційною характеристикою. Функція описується нелінійною характеристикою та залежить від параметрів ППЧ та ЧД, відношення сигнал-шум і характеру флуктуацій сигналу.

Внаслідок змінення живлючих напруг, температур і т.п. частоти і можуть різнитися на деяку величину, яка характеризує нестабільність настройки центральної частоти ЧД. Тоді

(1.5)

Фільтр нижніх частот, підключений на виході ЧД, є, як правило, лінійним приладом і описується лінійним диференційним рівнянням або передаточною функцією .

У системах АПЧ приймачів використовують RC-фільтри із , де - коефіцієнт підсилення та постійна часу.

У радіолокаційних приймачах використовуються фільтри, у склад яких входять два інтегратора та форсуюча ланка. Передаточна функція таких фільтрів:

.

Зміна частоти підстроюваного генератора досягається підключенням до контуру генератора керуючого елементу, який регулюється реактивним опором. Залежність частоти підстроюваного генератора від управляючої напруги, яка поступає з виходу ФНЧ, називають регулюючою характеристикою. При малих величинах напруг регулююча характеристика лінійна та описується виразом:

, (1.6)

де - крутизна регулюючої характеристики; - значення власної частоти генератору при відсутності керуючої напруги.

Частота із урахуванням її нестабільності описується рівнянням:

, (1.7)

де - номінальне значення частоти ПГ.

Співвідношення (1.1) – (1.7) описують процес керування у системі АПЧ, тому їх можна відобразити у вигляді структурної схеми(рисунок 1.2).





Рисунок 1.2 – Структурна схема системи АПЧ

Якщо при дослідженні системи АПЧ розглядати відхилення , частот сигналу та гетеродину від їх номінальних значень і :

і ,

а також покласти нестабільність частоти настройки ЧД, яка дорівнює нулю, тоді структурна схема системи АПЧ спрощується та приймає вигляд, зображений на рисунку 1.3.



Рисунок 1.3 – Спрощена структурна схема системи АПЧ



ЗМ



ППЧ



ЧД



ФНЧ



КГ



Арк.



Дата



Підпис



№ докум.



Арк.



Змн.



Арк.



Дата



Підпис



№ докум.



Арк.



Змн.



Змн.



Арк.



№ докум.



Підпис



Дата



Арк.



Змн.



Арк.



№ докум.



Підпис



Дата



Арк.