6. Частотная автоподстройка

ЧАСТОТЫ

6.1. Общие сведения

Частотная автоподстройка частоты (ЧАПЧ) предназначена для обеспечения расположения спектра принимаемого входного сигнала в полосе пропускания усилительно-преобразовательного тракта устройств приёма и обработки сигналов (УПиОС). В супергетеродинных устройствах приема и обработки сигналов с помощью системы ЧАПЧ регулируется значение частоты генератора, управляемого напряжением (гетеродина). Она поддерживает частоту выходного сигнала (промежуточную частоту) в допустимых пределах при случайных отклонениях и частот входного сигнала и гетеродина от номинальных значений.

Особенностью системы частотной автоподстройки частоты является наличие статической ошибки регулирования остаточной расстройки по частоте f_{пч ост.}, т. е. отличие частоты гетеродина от частоты, которая точно соответствует эталонному номинальному значению f_{г. ном}. Системе ЧАПЧ характерен широкий диапазон начальных расстроек, в котором она способна существенно снижать ошибку настройки частоты гетеродина.

6.2. Основные характеристики системы частотной автоподстройки частоты

• Полоса удержания, в пределах которой сиcтема ЧАПЧ «удерживает» промежуточную частоту близкой к номинальному значению f_{пч ном.}.

• Полоса втягивания, при попадании в которую преобразованной частоты сигнала, происходит «захват» системой ЧАПЧ частоты f_пч, после чего значение этой частоты сохраняется близким к номинальному при отклонениях частоты входного сигнала f_с в пределах полосы удержания.

▪ Время установления t_у, определяемое как время, прошедшее от начала процесса автоматической подстройки (t = 0), до момента достижения величины 1,1 f_{пч ост.} отстройки частоты.

• Постоянная времени системы ЧАПЧ , выбор которой определяется заданным быстродействием, отсутствием демодуляции ЧМ сигнала и условием устойчивости системы.

6.3. Принципы работы системы частотной автоподстройки частоты

Основными элементами структурной схемы (рис. 6.1) [2] системы частотной автоподстройки частоты являются: частотный детектор ЧД, фильтр низкой частоты ФНЧ, усилитель У, генератор управляемый напряжением ГУН, смеситель См и усилитель промежуточной частоты УПЧ. На выходе частотного детектора формируется напряжение, которое определяется отклонением частоты на выходе УПЧ от номинального значения f_{пч ном.}, при котором характеристика ЧД проходит через ноль (рис. 6.2). Это напряжение фильтруется с помощью ФНЧ, который определяет инерционные свойства системы ЧАПЧ и обеспечивает её устойчивость. Выходное напряжение фильтра низкой частоты усиливается с помощью усилителя и поступает на вход ГУН. Генератор, управляемый напряжением, изменяет частоту гетеродина таким образом, чтобы она подтягивалась к средней частоте частотного детектора f_ср = f_{пч ном.}, являющейся эталонной частотой.

См

УПЧ

Рис. 6.1. Структурная схема системы ЧАПЧ

Представленная на рис. 6.1 система ЧАПЧ поддерживает промежуточную частоту УПиОС мало изменяющейся при уходах как частоты передатчика f_с, так и частоты работы ГУН. При приёме аналоговых амплитудно-моду-лированных сигналов степень инерционности системы ЧАПЧ обусловлена только собственной устойчивостью системы ЧАПЧ и может быть весьма малой [2].

В системах частотной автоподстройки частоты используются частотные детекторы, имеющие детекторную характеристику, вид которой представлен на рис. 6.2. Такой зависимостью выходного напряжения U_ЧД от частоты обладают, например, частотные детекторы на расстроенных контурах, имеющие полосу частот F_ЧД.

Постоянная времени ФНЧ определяет инерционные свойства и вид переходных процессов систем ЧАПЧ.

Усилитель У в петле обратной связи обеспечивает увеличение абсолютного значения крутизны S_чд частотного детектора. Увеличение этого параметра пропорционально коэффициенту усиления K_U усилителя У. Последовательность соединения фильтра низкой частоты ФНЧ и усилителя У (рис. 6.1) в петле обратной связи может быть любым и определяется лишь конкретными условиями построения схемы системы ЧАПЧ.

Рис. 6.2. Детекторная характеристика

частотного детектора

В устройствах приема и обработки сигналов при приёме частотно-модулированных сигналов допустимое быстродействие системы ЧАПЧ ограничено требованием отсутствия демодуляции этих сигналов [2]. Система ЧАПЧ в данном случае должна ослаблять медленные (паразитные) изменения промежуточной частоты, но не должна отслеживать изменения, определяемые частотной модуляцией принимаемого сигнала.

Каждая система ЧАПЧ обладает ограниченной областью начальных расстроек (отклонений) генерируемой ГУН частоты от номинального значения, в пределах которой она способна снижать ошибку настройки. При выходе начальной расстройки за пределы этой области система ЧАПЧ теряет свойства автоматической подстройки частоты.