Системы автоматической подстройки частоты (сокращенно АПЧ) служат для стабилизации и управления частотой автогенераторов по эталонному сигналу. С ее помощью можно на несколько порядков повысить стабильность частоты колебаний автогенератора. Разнообразно применение систем АПЧ в радиоприемных и радиопередающих устройствах. Назовем наиболее типичные случаи их использования:
- • в синтезаторах частоты, с помощью которых формируется дискретное множество частот при одном эталонном сигнале;
- • для стабилизации частоты мощных автогенераторов по слабому сигналу эталонного автогенератора, что позволяет существенно сократить число ВЧ или СВЧ усилительных каскадов;
• для автоматической подстройки частоты гетеродина радиоприемника по принимаемому сигналу.
В зависимости от способа получения сигнала ошибки различают: устройства частотной автоподстройки частоты (ЧАП), фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) и комбинированные. В устройствах ЧАП сигнал ошибки вырабатывается путем сравнения частот сигналов эталонного и стабилизируемого автогенераторов, в устройствах ФАПЧ — путем сравнения фаз тех же сигналов.
Автоматическая подстройка частоты
По виду сигнала в цепи управления устройства АПЧ подразделяются на непрерывные при аналоговом сигнале и дискретные. Последние, в свою очередь, в зависимости от метода квантования сигнала подразделяются на: релейные (при квантовании по уровню), импульсные (при квантовании по времени) и цифровые (при квантовании по уровню и времени).
Обобщенная структурная схема АПЧ простого типа приведена на рис. 15.1. В схеме производится сравнение сигналов эталонного и стабилизируемого автогенераторов, в результате чего вырабатывается сигнал ошибки. После усиления и фильтрации этот сигнал с помощью управляющего звена воздействует на частоту стабилизируемого автогенератора, автоматически устанавливая ее равной частоте эталонного генератора. В схему может входить также устройство поиска, осуществляющее ввод системы в режим автоматического регулирования.
Кратко остановимся на звеньях, входящих в систему АПЧ. В качестве эталонного генератора в них используется высокостабильный кварцевый автогенератор или молекулярный стандарт частоты, например, водородный, а также радиосигнал, передаваемый по каналу радиосвязи. Стабилизируемым генератором обычно служит автогенератор с параметрической стабилизацией частоты. В качестве звена фильтрации применяется фильтр нижних частот, а звена управления частотой стабилизируемого генератора — устройство с варикапом или с ферритом.
Звеном сравнения сигналов в системе ЧАП является частотный дискриминатор, напряжение на выходе которого зависит от разности частот стабилизируемого и эталонного автогенераторов, а в системе ФАП — фазовый дискриминатор, напряжение на выходе которого зависит от разности фаз тех же сигналов.
Типовые характеристики четырех звеньев: фильтра, управляющего звена, частотного и фазового дискриминаторов, приведены на рис. 15.2.
Что такое ФАПЧ и зачем оно нужно.
Схема фазовой автоподстройки частоты принципиально не отличается от схемы частотной автоподстройки. Только в системе ФАПЧ вместо частотного дискриминатора применяется фазовый, напряжение на выходе которого зависит от разности фаз входных сигналов.
Система ЧАП является частным случаем системы автоматического регулирования с отрицательной обратной связью с коэффициентом регулирования iTper = SySa. В результате ее действия частота стабилизируемого генератора отличается от частоты эталонного генератора на величину, называемую остаточной расстройкой:
где А/н — начальная расстройка, равная первоначальному отклонению частоты стабилизируемого генератора от частоты эталонного.
Согласно (15.1) в результате действия системы ЧАП удается в Крег раз уменьшить отклонение частоты генератора от номинального значения. Поскольку значение Крег = 1000 и более, то в то же число раз удается улучшить стабильность частоты управляемого генератора.
В системе ФАП после окончания переходного процесса устанавливается постоянная разность фаз между сигналами стабилизируемого и эталонного генераторов, что следует из диаграммы, представленной на рис. 15.3, на котором показана точка пересечения двух графиков — характеристики фазового дискриминатора и управляющего звена.
Поскольку постоянство разности фаз колебаний означает равенству частот тех же колебаний, то система ФАП устанавливает точное равенство частот. Небольшое отклонение от номинального значения может возникать только по причине действия помех на систему авторегулирования.
Таким образом, обе системы — ЧАП и ФАП — осуществляют автоматическую подстройку частоты, но вторая из них обеспечивает более высокую точность и поэтому чаще применяется в современных системах АПЧ.
Источник: studref.com
Автоматическая подстройка частоты
Автоматическая подстройка частоты (АПЧ) должна обеспечить требуемую точность настройки приёмника при воздействии дестабилизирующих факторов. Следует заметить, что АПЧ осуществляется только в супергетеродинных приёмниках. Для точной настройки таких приёмников нужно выполнение двух условий:
1) частота принимаемого сигнала соответствует частоте настройки
2) промежуточная частота fIip=fr -fc совпадает с частотой настройки фильтров тракта промежуточной частоты.
Очевидно, из-за широкополосности преселектора определяющим является второе условие. Поэтому задача АПЧ сводится к подстройке частоты гетеродина.
Для АПЧ вводится специальная цепь АПЧ (рис. 9.11), состоящая из измерительного элемента (ИЭ), фильтра и регулятора
частоты (РЧ). ИЭ вырабатывает напряжение регулировки Ерег в зависимости от отклонения частоты или фазы от опорных значений. При этом в
Гетеродин качестве ИЭ используются
| г соответственно частотные или фазовые П детекторы и происходит частотная или фазовая автоподстройка частоты (ЧАПЧ или ФАПЧ). Очевидно ФАПЧ более чувствительна и обеспечивает более точную настройку. Фильтр в цепи АПЧ не пропускает быстрых изменений Ерег, соответствующих модуляции соответствующего параметра, а пропускает медленные изменения Ерег, связанные с уходом частоты. Регулятор (управитель) частоты обеспечивает подстройку частоты гетеродина. В зависимости от вида регулятора частоты (РЧ) различают электронные (РЧ — варикап) и электромеханические (РЧ -КПЕ), причём последние в настоящее время почти не используются.
В зависимости от точки подключения АПЧ в приёмнике различают два основных вида устройств АПЧ. Устройство АПЧ, поддерживающее постоянной fnp , показано на рис. 9.12. такие устройства АПЧ называют разностными, т.к. fnp=fr -fc-При несовпадении промежуточной частоты fIip частоте настройки фильтров тракта промежуточной частоты fonp, вырабатывается напряжение Ерег, вызывающее подстройку гетеродина. Достоинством в этом случае является то, что подстройка 89 частоты осуществляется как при изменении частоты гетеродина, так и при изменении частоты сигнала в передатчике. Недостатком же такой системы является её неработоспособность в отсутствии сигнала.
Вопросы для самопроверки
- 1. Какие способы регулировки усиления резонансного усилителя Вы знаете?
- 2. Каким образом осуществляется режимная регулировка коэффициента усиления усилителя и каковы её преимущества и недостатки?
- 3. Объясните, как могут использоваться аттенюаторы для регулировки коэффициента усиления радиотракта приёмника?
- 4. Изобразите схему и объясните возможные способы изменения коэффициента усиления дифференциального каскада .
- 5. Поясните принцип работы системы АРУ в ИМС К174УРЗ.
- 6. Поясните, какие способы регулирования усиления применяются в ИМС К174ХА2?
- 7. Изобразите АЧХ фильтра, входящего в цепь АПЧ, и техническую реализацию регулятора частоты.
- 8. Что общего между ЧАПЧ и ФАПЧ и чем отличаются эти системы друг от друга?
- 9. Объясните принцип действия ЧАПЧ в приёмниках непрерывных сигналов.
- 10. В каких приёмниках используется двухканальная разностная АПЧ и почему?
Источник: ozlib.com
Тема 4. Занятие 8 спс и апч рлс п-18
Общие сведения о системе автоматической подстройки частоты.
Автоматическая подстройка частоты (АПЧ) применяется в связи с необходимостью поддерживать величину промежуточной частоты приемника неизменной при изменении частоты передатчика и гетеродина под влиянием случайных факторов (изменение температуры, нагрузки, напряжения и т.д.) или при перестройке частоты. Схемы АПЧ — это системы автоматического регулирования (САР).
Системы АПЧ весьма разнообразны по структуре и конструктивному выполнению, однако, общая блок-схема АПЧ по большей части имеет вид рис. 1. Рис.1 Блок-схема АПЧ Постоянное значение промежуточной частоты (например, fпр = fг — fм) можно поддерживать путем подстройки частоты передатчика fм или частоты гетеродина fг.
При подстройке частоты fг объектом перестройки в схеме (рис. 1) будет гетеродин, а соответственно входным и выходным сигналами системы будут f1 = fм. f2 = fг, а при подстройке частоты fм объектом будет передатчик, а сигналы f1 = fг , f2 = fм.
Для измерения отклонения промежуточной частоты от заданного значения схема АПЧ имеет в своем составе измерительное устройство, включающее обычно смеситель, усилитель промежуточной частоты УПЧ и различитель (дискриминатор). Принцип работы схемы и особенности элементов измерительного устройства (смесителя, УПЧ, дискриминатора). Возможны частотные и фазовые системы АПЧ.
В частотных системах автоподстройки измерительное устройство реагирует непосредственно на текущее значение расстройки частоты, а в фазовых системах — на величину отклонения фазы, т. е. на разность фаз между эталонным и стабилизирующим колебаниями. В частотных системах в качестве различителя применяется частотный дискрими-натор.
В фазовых системах автоподстройки вместо частотного дискриминатора используется фазовый дискриминатор и генератор эталонной частоты. В остальном система фазовой автоподстройки совпадает с частотной и поэтому работу АПЧ рассмотрим на примере частотной системы автоподстройки.
Напряжения гетеродина и передатчика подаются на смеситель, который вырабатывает новое напряжение, частота которого, называемая текущей промежуточной частотой, равна разности частот fг и fм. Это напряжение поступает на УПЧ системы и после усиления подается на частотный дискриминатор.
Частотный дискриминатор сравнивает текущую промежуточную частоту с номинальной промежуточной и вырабатывает напряжение рассогласования, величина и полярность которого зависят от величины и знака отклонения промежуточной частоты (частотного рассогласования). Все элементы, находящиеся между различителем и объектом перестройки, обычно называют регулирующим или управляющим устройством.
Регулирующее устройство служит для усиления и преобразования напряжения рассогласования в регулирующее напряжение, величина и форма которого удобны для воздействия на элемент подстройки. Под действием регулирующего напряжения частота гетеродина (или передатчика) изменяется так, что разность fг — fс (или fс — fг) примерно равна номинальной промежуточной частоте.
Регулирующее устройство во многом определяет тип и поведение всей системы АПЧ. По типу регулирующего устройства схемы АПЧ делятся на электронные, электромеханические и термические. В электронных схемах все элементы регулирующего устройства выполнены на электронных приборах. Наиболее часто используются усилители постоянного тока, тиратронные и фантастронные схемы.
В электромеханических схемах в качестве исполнительного элемента применяются маломощные электродвигатели или реле, механически изменяющие частоту гетеродина или передатчика. В схемах АПЧ с термической настройкой осуществляется изменение частоты специальных клистронов под влиянием изменения температуры.
Для стабилизации и улучшения характеристик системы в регулирующее устройство могут вводиться дополнительные элементы в виде интегродифференцирующих звеньев, фиксирующих и сглаживающих цепей (фильтров), дополнительных обратных связей. Обычно электронные АПЧ обеспечивают хорошее качество регулирования без применения каких-либо специальных методов коррекции.
В электромеханических же схемах часто применяются дополнительные обратные связи, на тахогенераторах. Основными показателями качества систем АПЧ являются: — точность подстройки; величина остаточной ошибки в метровом диапазоне обычно равна 25÷ 100 кгц, а в сантиметровом диапазоне – 200 ÷ 300 кгц; — диапазон поиска (полоса электронной настройки гетеродина) обычно составляет 0,5÷ 1,0% несущей частоты.
Назначение системы АПЧ Система автоматической подстройки частоты (АПЧ) служит для стабилизации разности частот генератора передающего устройства (блок 50) и гетеродина приемника (блок 5), равной номинальному значению промежуточной частоты. Система АПЧ устраняет возможные погрешности в установке частот генератора и приемника при перестройке станции, а также автоматически компенсирует уход частоты под влиянием изменения температуры, влажности, напряжения питания и других дестабилизирующих факторов путем соответствующего изменения параметров анодно-сеточного контура генератора. Состав системы АПЧ Система АПЧ включает в себя: направленный ответвитель АПЧ блока 42, канал АПЧ приемника (блок 5), усилитель АПЧ (блок 85) и автоматы АП-1, АП-4 генератора передающего устройства (см. стр.26, рис. 25). Функциональная схема системы АПЧ
Ограничение
Для продолжения скачивания необходимо пройти капчу:
Источник: studfile.net