Моделирование фазовой автоподстройки частоты

1. Составить описание конкретной модели ФАПЧ с возможностью изменения типа и параметров ФНЧ в петле регулирования в терминах и обозначениях, принятых в пакете OrCAD [6].

2. Задать исходные данные (амплитуду и частоту входного сигнала, параметры генератора шума и их возможные диапазоны изменений).

3. Задать требуемые выходные характеристики (амплитудно-частотные характеристики, полосы захвата и удержания и т. д.).

4. Выполнить задания (запуск программы, получение, проверка и корректировка результатов, копирование результатов в отчет по лабораторной работе).

Содержание отчета

1. Наименование и цель работы.

2. Функиональную схему исследуемой системы ФАПЧ.

3. График зависимости U_ = F(f_c).

4. Таблицы с результатами измерений и экспериментальные зависимости (f_c – f_г) = F(f_c – f_г0) для задания 4.

5. Результаты измерений и расчетов полосы захвата ΔF_з и полосы удержания ΔF_у для заданий 3 и 4.

6. Таблицы измерений и расчетов полосы захвата ΔF_з и полосы удержания ΔF_У при различных уровнях шума для задания 5.

7. Анализ полученных результатов.

7.1. Объяснение зависимости изменения ΔF_у от коэффициента усиления К в петле обратной связи ФАПЧ.

7.2. Объяснение зависимости ΔF_з от величины емкости конденсатора интегрирующего фильтра «ФНЧ» при постоянном значении коэффициента усиления К.

7.3. Сравнение экспериментальных значений отношения ΔF_з/ΔF_у для интегрирующего и пропорционально-интегрирующего фильтра при K = const.

7.4. Анализ влияния уровня аддитивного шума на полосы захвата и удержания для интегрирующего и пропорционально-интегри­рующего фильтров.

8. Выводы.

Анализ полученных результатов моделирования процесса ФАПЧ (сравнение с данными экспериментального исследования аналогичных ФАПЧ, сравнение полученных характеристик между собой с формулированием вывода о достоинствах и недостатках каждой схемы ФНЧ, применяемой в петле регулирования и т. д.).

Контрольные вопросы

1. Какие функции выполняют системы ФАПЧ и каковы их основные параметры?

2. Каковы принципы работы и схемы систем ФАПЧ? Какими способами можно изменять частоту управляемого генератора?

3. Как определяется полоса захвата и полоса удерживания системы ФАПЧ?

4. Какие типы фильтров используются в цепи регулирования? Из каких соображений выбираются параметры фильтров?

5. Что понимают под временем захвата системы ФАПЧ и от чего оно зависит?

6. Какое влияние оказывает аддитивный входной шум на работу системы ФАПЧ?

7. Какова методика измерения полосы захвата и полосы удержания системы ФАПЧ при отсутствии внешних шумов и их наличии?

8. Каковы принципы моделирования процесса фазовой автоподстройки частоты? В чем преимущества и недостатки моделирования?

8. Автоматическая рЕгУлировка

УСИЛЕНИЯ

8.1. Общие сведения

Системой автоматической регулировки усиления (АРУ) называется система автоматического регулирования, обеспечивающая устранение перегрузок в каскадах устройств приема и обработки сигналов и поддерживающая заданное постоянство выходного напряжения в условиях изменения амплитуды входных сигналов.

Уровень сигнала на входе усилительно-преобразовательного тракта устройств приема и обработки сигналов (УПиОС) обычно изменяется в широких пределах. Желательно, чтобы напряжение на выходе этого тракта изменялось незначительно и обеспечивало оптимальный режим работы демодулятора или обнаружителя сигналов. Эта задача может быть решена при использовании системы автоматической регулировки усиления, следящей за изменением амплитуды сигнала на входе.

По характеру выполняемых задач системы автоматической регулировки усиления (АРУ) делятся на три группы:

• инерционные, следящие за изменением среднего уровня входного сигнала, применяемые обычно в радиовещательных приемниках;

• безынерционные, следящие за изменением мгновенного значения амплитуды входного сигнала (МАРУ), применяемые, например, в радиолокационных устройствах;

• программные, с заранее заданным временным законом регулировки (ВАРУ), используемые при приеме сигналов с известным, периодически повторяющимся распределением во времени.

Системы АРУ могут быть построены по принципу прямого, обратного и комбинированного регулирования при аналоговой и цифровой реализациях.

В системах прямого регулирования цепь АРУ включается параллельно тракту усилителя промежуточной частоты (УПЧ). В ней вырабатывается напряжение, пропорциональное среднему уровню входного сигнала, используемое для регулировки коэффициента усиления УПЧ. При больших изменениях уровня входного сигнала из-за нелинейности вольт-амперных характеристик электронных компонентов тракта АРУ возникают погрешности регулирования.

Погрешности регулирования, связанные с нелинейностью вольт-ам-перных характеристик компонентов в цепи автоматической регулировки усиления, существенно меньше в схеме АРУ обратного регулирования. В ней управляющее напряжение формируется на выходе УПЧ и по петле обратной связи изменяет усиление каскадов УПЧ.

В ряде случаев для обеспечения устойчивой работы системы с обратной связью применяют АРУ с комбинированным управлением, в которой тракт УПЧ разделен на два блока: с петлей обратного регулирования усиления и с петлей прямого регулирования.

Наибольшее применение нашли системы АРУ с обратным регулированием (рис. 8.1).