Смеситель

УЭ (: УПТ f ФНЧ

Pho. II.1. Структурные схемы систем АПЧ

ваемая система АПЧ осуществляет подстройку ПГ при отклонениях частоты передатчика и гетеродина приемника.

При относительно высокой стабильности частоты передатчика, а также при приеме пороговых сигналов применяют системы АПЧ, выполненные по принципу стабилизации частоты гетеродина (рис. 11.1, б). Колебания ПГ и ГОЧ подаются на вход ИЭ, измеряющего отклонение частоты ПГ от частоты ГОЧ или частоты настройки образцового колебательного контура и вырабатывающего соответствующий сигнал ошибки.

По принципу действия ИЭ системы АПЧ разделяют на два вида: системы частотной автоматической подстройки частоты (АПЧ) и фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ). В системах АПЧ в качестве ИЭ используется частотный дискриминатор, в системах ФАПЧ - фазовый дискриминатор. ФАПЧ является примером астатической АПЧ, т. е. АПЧ, прн которой-установившаяся ошибка равна нулю при постоянном внешнем воздействии, не превышающем некоторого значения. Системы АПЧ, в которых при постоянном внешнем воздействии имеется постоянная установившаяся ошибка, зависящая от уровня воздействия, являются статическими.

Различают системы АПЧ с электронными и электромеханическими УЭ. Достоинством систем АПЧ с электронным УЭ является их быстродействие, а систем АПЧ с электромеханическими УЭ - большой частотный диапазон работы УЭ. Большая инерционность систем АПЧ с электромеханическим УЭ оказывается полезной при приеме сигналов в условиях глубоких замираний. Настройка приемника, в котором применена такая система .А.ПЧ, сохраняется даже при полном замирании сигнала.

В зависимости от режима подстройки частоты гетеродина системы АПЧ можно разделить на поисковые и беспоисковые. Первые перестраивают приемник в заданном диапазоне частот и после настройки на частоту сигнала переходят в режим слежения (автоматической подстройки).

В зависимости от характера работы ИЭ системы АПЧ разделяют на системы непрерывного и импульсного действия. Первые осуществляют непрерывное слежение за частотой, вторые - слежение дискретного характера. Системы АПЧ приемников непрерывных сигналов, как правило, являются системами непрерывного действия. В приемниках импульсных сигналов системы АПЧ, работающие по принципу стабилизации ПЧ, являются системами импульсного действия, а системы АПЧ, работающие по принципу стабилизации частоты гетеродина - как правило, системами непрерывного действия, независимо от формы принимаемых сигналов.

По быстродействию системы АПЧ делятся на быстрые (БАПЧ) и медленные (инерционные). К системам БАПЧ относятся системы АПЧ, в которых время установления переходного процесса меньше длительности импульсных сигналов, к медленным - АПЧ, в которых время установления во много раз больше времени установления переходного процесса в приемном тракте.

Если в качестве признака классификации принять наличие или отсутствие в системе тех или иных состояний, можно назвать аналоговой (непрерывной) систему, в которой отсутствует дискретизация каких-либо параметров, координат и времени. В цифровых системах АПЧ осуществляется дискретизация как по времени, так и по уровню (по всем координатам), а передача и обработка информации в цепи регулирования - только в цифровой форме. Цифровые системы АПЧ отличаются хорошими технологическими показателями, высокой надежностью, возможностью сопряжения с цифровыми ЭВМ, способностью решать новые задачи (длительное запоминание частоты, дробно-кратное преобразование частоты, стабилизация дискретного множества частот, оптимальная обработка импульсных сигналов).

Обобщенная структурная схема цифровой системы АПЧ может быть получена из схемы на рис. 11.1, б путем замены всех узлов цифровыми. Кроме того, на входе системы обычно ставят формирующее устройство, с помощью которого форма входного сигнала преобразуется к виду, удобному для работы цифрового дискриминатора.

Показатели качества систем АПЧ. Ошибка слежения АПЧ Д^ (t) определяется видом передаточной функции замкнутой цепи регулирования (ЦР) и законом изменения частоты входного сигнала. Если отклонение частоты входного сигнала непостоянно во времени, ошибка слежения представляет собой динамическую ошибку. В установившемся режиме систему АПЧ характеризует установившаяся ошибка.

Коэффициент автоподстройки дпч характеризует эффективность АПЧ и представляет собой отношение начальной расстройки (ошибки ) Д/ ПГ от номинального значения частоты при выключенной АПЧ к остаточной расстройке Д/о^т Р** включенной АПЧ

АПЧ = Д/н/Д/ост-

Полоса втягивания представляет собой интервал отклонений промежуточной частоты от номинального значения, при которых система АПЧ выполняет эффективную подстройку, если предварительно она не находилась в режиме подстройки.

Полоса удержания - интервал отклонений промежуточной частоты, при которых выполняется эффективная подстройка, если предварительно система АПЧ находилась в режиме подстройки.

Длительность переходного процесса в системе АПЧ характеризует ее инерционные свойства и зависит от параметров ФНЧ и усиления в ЦР.

Для системы АПЧ, применяемой в следящих фильтрах, дополнительными характеристиками являются: I) ошибка слежения за частотой входного сигнала, обусловленная действием шумов; 2) полоса пропускания следящего фильтра.

11.2. Элементы цепи регулирования системы АПЧ

Измерительные элементы. В системах АПЧ в качестве ИЭ используются дифференциальные частотные детекторы с настроенными связанными или взаимно расстроенными контурами, в том числе дробные детекторы, а в системах ФАПЧ - фазовые детекторы (см. гл.9). В радиолокационных приемниках применяются и более сложные ИЭ.

Фильтры нижних частот в ЦР обычно представляют собой одиозвенные (рис. 11.2) или многозвенные RC-цепочки. Структура ФНЧ и его постоянная времени определяют быстродействие и вид переходного процесса в системе АПЧ. В некоторых случаях быстродействие системы АПЧ зависит также от постоянных времени УПТ, УЭ и ИЭ. Полоса пропускания ФНЧ обычно составляет десятки или сотни герц. В случае приема сигналов с ЧМ быстродействие системы АПЧ должно быть таким, чтобы исключалась возможность демодуляции полезного сигнала. Для этого постоянная времени ЦР должна быть больше максимального периода модулирующего сигнала.

Постоянная времени ФНЧ по схеме на рис. 11.2, а

Тф = /? /?С/(/?+/? ), (11.1)

где - сопротивление нагрузки фильтра.

Коэффициент передачи фильтра в установившемся режиме

Ф = н/( н + )- (Ч-2)

Если R, то Тф RC; K=l.

Схема пропорционально-интегрирующего фильтра, применяемого при автоматическом слежении за частотой (АСЧ), показана на рис. 11.2, б. Для улучшения динамических характеристик при АСЧ применяют также фильтры с нелинейными элементами [123].

Усилитель постоянного тока применяется в ЦР при необходимости повысить коэффициент автоподстройки и быстродействие АПЧ, а также когда напряжение на выходе ИЭ недостаточно для работы УЭ. Сведения об УПТ приведены в гл. 10.

Управляющие элементы. Действие большинства УЭ основано на изменении реактивности, вносимой в контур ПГ. К УЭ предъявляются следующие требования: 1) большое значение максимальной регулируемой вносимой расстройки и широкие пределы ее относительного изменения; 2) стабильность вносимой расстройки; 3) линейность характеристики управления; 4) малая инерционность; 5) малое потребление энергии от ПГ (высокая добротность вносимой реактивности); 6) малое потребление энергии от источника управляющего напряжения. На практике некоторые из этих требований могут оказаться противоречивыми.

К электронным УЭ относятся транзисторы, нелинейные конденсаторы и катушки Индуктивности, р-п переходы специальных полупроводниковых диодов (варикапов). Они хорошо согласуются о~1 >-.-о о-с с остальными элементами ЦР. Кэлектроме. L

ханическим относят УЭ, изменяющие частоту гетеродина путем изменения параметров его °~ контура с помощью электромеханического

Рнс. 11,2. Схемы однозвенных

привода. Термические УЭ могут применяться с-фильтров нижних частот