? 21-2]

Функциональные ехемы систем АПЧ

где

Рнс. 20-50. Преобразование структурной схемы при наличии

параллельной коррекции, с - исходная схема; б - схема, в которой произведена замена параллельного авена эквивалентным

в - результирующая (расчетная) схема W =

т - - . й -

Определение частотных характеристик эквивалентного последовательного корректирующего устройства производится так, как бьшо рассмотрено иа стр. 435.

Подбор параметров и вида параллельного корректи рующего звена значительно сложнее, чем последовательного, и производится путем нескольких проб. Несмотря на это, параллельные корректирующие цепи находят в практике сравнительно широкое применение.

При синтезе параллельных корректирующих устройств полезно иметь в ввду следующее правило: для интервала частот, в котором справедливо неравенство

(20-19)

ЛАХ участка системы, охваченного обратной связью, равна взятой с обратным знаком ЛАХ параллельного корректирующего контура W.. Так, если в цепи обратной связи стоит фильтр нижних частот (даюидай фазовое запаздывание), то в области частот, где выполняется условие (20-19), имеет место опережение фазы, как если бы в систему бьша введена дифференцирующая цепь.

ГЛАВА ДВАДЦАТЬ ПЕРВАЯ

СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ЧАСТОТОЙ И АВТОМАТИЧЕСКОЙ РЕГУЛИРОВКИ УСИЛЕНИЯ

Системы автоматического управления частотой генераторов (АУЧ) и автоматической регулировки усиления (АРУ) являются наиболее распространенньми системами автоматики радиотехнических устройств,

21-1. НАЗНАЧЕНИЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ЧАСТОТОЙ

Системы АУЧ предназначены для автоматической стабилизации частоты высокочастотных генераторов (АСЧ) или для автоматической подстройки частоты гетеродинов радиоприемников в соответствии с частотой приходящего сигнала (АПЧ).

Различие обоих типов систем АУЧ состоит в следующем. Основное назначение системы АСЧ - противодействие внешним дестабилизирующим факторам, изменяющим частоту стабилизируемого генератора; основное назначение системы АПЧ - автоматическое изменение частоты генератора в соответствии с изменениями частоты колебаний внешнего источника. Указанное различие не имеет принципиального значения и является до некоторой степени формальным. Основные функциональные элементы и динамические характеристики являются одинаковыми для обеих систем. Поэтому в дальнейшем все свойства систем АУЧ рассматриваются применительно к системам АПЧ.

В практике используются:

системы АПЧ с частотной автоподстройкой (ЧАПЧ) - чувствительный элемент системы (частотный дискриминатор) реагирует на отклонение частоты;

системы АПЧ с фазовой автоподстройкой (ФАПЧ) чувствительный элемент (фазовый детектор) реагирует на разность фаз колебаний;

комбинированные системы АПЧ, содержащие две петли регулирования: частотной и фазовой автоподстройки,

21-2. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СХЕМЫ СИСТЕМ АПЧ

Система АПЧ непрерывного действия с лампой реактивного сопротивления (рис. 21-1, а). Частота гетеродина /г автоматически изменяется в соответствии с частотой сигнала так, что стабилизируется разностная (промежуточная) частота f. При верхней настройке flip = fr - fcl при нижней настройке / р = /о - /г-

Номинальное значение промежуточной частоты / р, фиксируется настройкой частотного дискриминатора ЧД. При отклонении А/ = /пр - /про на выходе дискриминатора возникает напряжение Ыд, которое через фильтр Ф воздействует на управитель (лампа реактивного сопротивления и гетеродин), в результате чего частота гетеродина изменяется и расстройка уменьшается.

Аналогично действует система АСЧ стабилизируемого генератора /с- г по эталонному f.

При возникновении разности частотД/ == /эх- /с.г на выходе частотного дискриминатора появляется напряжение, воздействующее на сетку лампы реактивного сопротивления и изменяющее частоту /с. г так, что расстройка уменьшается. Частотный дискриминатор должен реагировать на знак расстройки, и при Д/ = О (когда /с. г = /эт) его выходное напряжение должно быть равно нулю.

Этим условиям удовлетворяет дискриминатор нулевыхб нений.

Система АПЧ непрчзывного действия с управляющим двигателем (рис. 21-1, б). С выхода дискриминатора напряжение через фильтр поступает на релейный, электронный или магнитный усилитель мощности, который питает исполнительный (управляющий) электродвигатель. С валом двигателя через редуктор соединены роторные пластины подстроечного конденсатора в контуре подстраиваемого генератора. Двигатель вращается до тех пор, пока расстройка (разность между имеющимся и требуемым значением частоты) не станет равной нулю.

НПЧ

г ! ЛРС

Ндетеитщ

Kdsmefitnopy праемнит

ЛРС

ZO.s-

Рис. 21-1. Функциональные схемы систем -АПЧ.

д, и , Иф д - напряжение сигнала, дискриминатора, управителя, фазового детектора; С - смеситель; УПЧ - усилитель промежуточной частоты; ЧД - частотный детектор (дискриминатор); Ф - фильтр; ЛРС - лампа реактивного сопротивления; Г - гетеродин; ЭЦ - электродвигатель; Р - редуктор; ФД - фааовый детектор; ЭГ - эталонный генератор; СГ - стабилизируемый генератор; КГ - клистроииый гетеродин; ГП - генератор поиска (управляющий элемент); ФЦ - промежуточная фиксирующая цепь (пиконый детектор).

Фазовая система АПЧ (рис. 21-1, в) используется для подстройки частоты стабилизируемого генератора /(..г по частоте эталонного генератора /3.,. Колебания обеих частот поступают на фазовый детектор, с выхода которого напряжение поступает на лампу реактивного сопротивления. Частота /с. г меняется при этом до тех пор, пока не установится равной / э^-

Комбинированная (фазочастотная) система АПЧ (рис. 21-1, г). Система имеет две петли: фазовой и частотной подстройки. На лампу реактивного сопротивления, управляющую частотой стабилизируемого генератора, поступает сумма напряжений с выхода фазового детектора и частотного дискриминатора.

Импульсные системы АПЧ (рис. 21-1, д) используются главным образом в радиолокационных приемниках для подстройки частоты гетеродина-клистрона (/кл) по сигналу, излучаемому магнетроном радиопередатчика (/ ). Они снабжаются генератором поиска и фиксирующей цепью. С помощью этих элементов обеспечивается: автоматический поиск частоты своего передатчика и удержание частоты клистрона в интервалах между импульсами на уровне, зафиксированном в момент прохождения предшествующего импульса.

21-3. ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ АПЧ Частотные дискриминаторы (детекторы)

Назначение - преобразование отклонения частоты /, поступающей на дискриминатор, от некоторого фиксированного значения /о напряжение, пропорциональное А/ = / - /о-

Основная характеристика - зависимость выходного напряжения от f или (рис. 21-2).

Переходная частота fg - частота входных колебаний, при которых выходное напряжение равно нулю.

Крутизна характеристики - отношение приращения напряжения на выходе к отклонению частоты от переходной.

Для линейного участка А Б

АИвых

где Кд - крутизна характеристики, в/кгц; вых - выходное напряжение, в; Ajf - отклонение частоты от переходной.

Рис. 21-2. Основная характеристика дискриминатора (зависимость и от f или и от Af).

Частотные дискриминаторы делятся на две группы:

1. Дискриминаторы с эталонным генератором (используются в системах АСЧ). Для обеспечения работы требуется наличие внешнего генератора стабильной (эталонной) частоты /эт-

2. Резонансные дискриминаторы без эталонного генератора (используются в системах АПЧ). Переходная частота фиксируется высокоселективными резонансными цепями.

Резонансные дискриминаторы

Используются для диапазона частот от 30-50 кгц до 60 Мгц.

Стабильность переходной частоты определяется эталонными и фиксирующими свойствами резонансных цепей. При изменении емкости C резонансной цепи на ДС и индуктивности Z-o на AL вследствие каких-либо внешних воздействий (изменение температуры, давления и т. п.) переходная частота изменяется на величину

AL ДС

т ~г

Балансный дискриминатор 1 (рис. 21-3). Контуры/ и настроены на переходную частоту fg. Выходное напряжение определяется разностью напряжений, поступающих на диоды Д1 и Дг с точек А-В и Б-В. Эти напряжения образуются путем суммирования напряжений с контура / (поступающих через конденсатор связи (св) и напряжений, индуктированных в катушке контура . Прн точной настройке на резонансную частоту обоих контуров напряжения, поступающие на диоды, одинаковы,

поскольку обе составляющие имеют сдвиг фаз

(рис. 21-3, б). Прн отклонении частоты от фазовый сдвиг изменяется, в результате чего напряжения, поступающие на диоды, будут неодинаковыми и выходное напряжение будет отличным от нуля. Знак выходного напряжения зависит от знака расстройки.

Иногда он называется также дискриминатором с фазовым детектированием.

Выходное напряжение

где и„,с - амплитуда напряжения на сетке лампы;

/Сд - коэффициент передачи амплитудного детектора (порядка 0,9); S - крутизна характеристики пентода; Rs - эквивалентное сопротивление контура; яр - функция относительной расстройки а и относительного коэффициента связи Р (рис. 21-3, е);

а= Q - относительная расстройка;

А/ = / - /о - расстройка;

Q - добротность контуров; Р= kQ;

k - коэффициент связи между контурами.

Дискриминатор критичен к настройке контуров и степени связи р. При расстройке контуров смещается переходная частота дискриминатора и характеристика становится асимметричной. Слишком большая связь между контурами может привести к искривлению участка АБ характеристики. При малой связи сокращается протяженность линейного участка и уменьшается крутизна характеристики дискриминатора (рис. 21-3, в).

Дискриминатор с расстроенными контурами (рис. 21-4). Контуры 1 к И имеют практически одинаковые параметры и расстроены относительно переходной частоты на величину ±Д/т.

Выходное напряжение

вых = lmc SKsK, где ip - функция относительной расстройки а и относи тельного разноса резонансных частот контуров Кр (рис. 21-4, в):

К'д - коэффициент передачи амплитудного детектора

(порядка 0,9). При заданном значении 2Д/ , максимальная крутизна

Кд. макс = (1.5 -ь 1,7) £/, с5/<д (2Д/1)гСк

достигается при Q- (2 3)

ем-

2Д/т

кость контуров с учетом паразитных параметров.

Крутизна характеристики в дискриминаторах на расстроенных контурах при одинаковой добротности в 1,5-1,2 раза выше, чем у балансных дискриминаторов.

Р ис. 21-3. Балансный дискриминатор.

а - схема {RC - нагрузочные цепи детекторов и Д^; Др - высокочастотный дроссель); б -векторные диаграммы для небольших расстроек {Uj - напряжение, передаваемое с контура ; через конденсатор связи С^; u и if - напряжения,

индуктируемые на верхней и нижней половине катушки контура ); в - зависимость функции ф от относительной рас. стройки о при различной связи между катушками контуров.

Постоянная времени нагрузочной цепи детектора RC > -j--.

Например, при U = 450 кгц R = 0,5 Мом; С = 500 пф. Для импульсных АПЧ RC < (t - длительность импульса).

При расчете обычно ставится, задача: при заданном расстоянии между экстремумами 2hfm (которое не должно быть уже полосы пропускания приемника) требуется получение наибольшего значения крутизны характеристики Кд. Практически

это достигается при Р = 3-:-4и Q - ~2Д7~ При этом

К -п чк -5 1,6 Ад. макс - шсЛЛд -(Щ;;)гс7

где Ск - емкость контуров (с учетом паразитных параметров).

Обычно /<д. макс имеет порядок нескольких единиц вольт на килогерц.

Расширение 2b.f ведет к уменьшению крутизны. Требования широкой полосы и высокой крутизны характеристики противоречивы.

т

0.8 1,6

г,8 3,6

Рис. 21-4. Дискриминатор на расстроенных контурах.

а - принципиальная схема; б - резонансная характеристика контуров; в - зависимость ф от относительной расстройки прн различном начальном разносе, резонансных частот а . Постоян-

ная времени RC > . Для fo = 30 Мгц ;? = 100 ком; С =

= 500 пф; для импульсной АПЧ R = 100 ком; С = 100 - 7- 50 пф.