Автоматическая регулировка усиления

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

1. Автоматическая Регулировка Усиления (АРУ)

АРУ - предназначена для поддержания уровня выходного сигнала приемного устройства, его линейной части или усилителя вблизи некоторого номинального значения при изменении уровня входного сигнала. Автоматическое выполнение этой функции необходимо потому, что изменения уровня входного сигнала могут происходить хаотически и достаточно быстро, и ручная регулировка усиления (РРУ) оказывается невозможной. РРУ и задает тот уровень выходного сигнала, который должен поддерживаться системой АРУ.

Уровень входного сигнала меняется на 60-100 дБ из-за:

изменения расстояния между РПрУ и РПУ;

изменения условий распространения радиоволн;

интерференции;

перестройка приемника на другую станцию;

флюктуации отражающей поверхности цели;

случайного изменения поляризации;

и т.д.

Выходное напряжение не должно меняться более на 1.6-9.5 дБ, чтобы не было перегрузок каскадов в тракте приемного устройства и искажений информационной составляющей. При этом сама система АРУ не должна вызывать чрезмерных искажений огибающей сигнала или приводить к появлению паразитной AM.

В идеальном случае выходное напряжение приемника должно оставаться неизменным после достижения некоторого значения U вых min, обеспечивающего нормальную работу оконечного прибора.

Это значит, что коэффициент усиления должен изменяться по закону:

Рисунок1.1

где Eз - это напряжение задержки.

Для этого в состав системы АРУ должен входить АД и ФНЧ, для увеличения эффективности действия добавляют еще и усилитель (рис. 2).

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Реально системы АРУ соответствуют этому соотношению с большим или меньшим приближением, как это показано на рис.1.

1.1 Разновидности систем АРУ

Применяемые системы АРУ классифицируют по разным признакам:

Системы АРУ могут быть обратные (ОАРУ), или АРУ «назад» и прямые, или АРУ «вперед».

ОАРУ - система с ОС. Точка съема напряжения для формирования регулирующего воздействия находится дальше от входа приемника, чем точка приложения этого регулирующего воздействия (АРУ «назад»). Такая система показана на рисунке 1.3а.

Достоинства ОАРУ:

Система более гибкая, чем прямая, т.к. реагирует на все изменения выходного сигнала УПЧ, а не только на изменение уровня входного сигнала.

ОАРУ защищают от перегрузок все каскады приемника, расположенные дальше от входа, чем точка приложения регулирующего воздействия, а сами цепи АРУ находятся под воздействием сигнала со сжатым динамическим диапазоном и также не подвержены перегрузкам.

Недостатки ОАРУ:

Они не могут обеспечить одновременно большую глубину регулирования и большое быстродействие при обеспечении устойчивости.

ОАРУ не могут обеспечить абсолютного постоянства Uвых=const при больших изменениях Uвх, как любая система замкнутого регулирования.При идеальной АХ приемника на выходе амплитудного детектора АРУ напряжение было бы равно нулю и регулировочное напряжение Uр тоже было бы равно нулю, система АРУ«разомкнулась» бы.

В «прямых» АРУ точка съема напряжения ближе ко входу чем точка приложения регулирующего воздействие, эти системы без ОС (рис. 1.3б).

Принципиально они могут обеспечить идеальное регулирование, т.е Uвых=const, при Uвых?Uвыхmin, и сколько угодно высокое быстродействие.

Практически это не достигается, т.к степень постоянства выходного напряжения обусловлена конкретными значениями элементов цепи АРУ и цепей приемного устройства, подверженных технологическим разбросам, временными температурным изменениям. Цепь АРУ защищает от перегрузок только те каскады, которые расположены дальше точки ввода регулируемого воздействия, и сама находится под действием сигнала с широким динамическим диапазоном, т.е подвержена перегрузкам и должна содержать внутренние обратные системы АРУ.

В основном используется ОАРУ. Однако лучшие результаты может дать комбинированная система, включающая в себя и цепь ОС и цепь прямой АРУ при основном влиянии обратной АРУ. Такая система показана на рис. 1.4.

Обратная АРУ образуется детектором АРУ ДАРУ1, фильтром Ф1 и всеми каскадами основного тракта, расположенными между точкой ввода Up1 и выходом БВЧ, в который входят УВЧ, ПЧи УПЧ.

В систему прямой АРУ входят детектор ДАРУ2, фильтр Ф2 и усилитель постоянного напряжения УСАРУ2. Регулирующее напряжение Up2 вводитсяв БВЧ и УНЧ. Ввод Up2 в УНЧ используется редко. Фильтры Ф1 и Ф2 придают цепям АРУ необходимую инерционность, обусловленную как соображениями устойчивости, так и отсутствием демодуляции AM сигнала (АРУ1; АРУ2). Роль фильтров Ф1 и Ф2 могут выполнять и нагрузочные цепи детекторов ДАРУ1 и ДАРУ2. Регулирующие напряжения Up1 и Up2 содержат компоненты, изменяющиеся с частотами паразитной амплитудной модуляции входного сигнала, но не содержат компонентов, изменяющихся с частотой полезной модуляции, которые беспрепятственно проходят через основной тракт РпрУ, выделяются детектором Д и усиливаются УНЧ, образуя выходное напряжение приемника Uвыхнч.

По типу сигнала в приемнике АРУ разделяют на непрерывные и импульсные.

По наличию задержки сигнала АРУ делятся на задержанные и не задержанные.

Для придания цепям АРУ пороговых свойств, т.е. включения их только при определенной силе сигнала, цепи АРУ запираются принудительным смещением Е3 и отпираются только после того, как напряжение сигнала превысит напряжение запирания (задержки). Обычно напряжение запирания подается на детекторы или усилители АРУ. Подобные системы АРУ называют задержанными. Таким образом, обе цепи на рис. 1.4 задержанные. Пороги их отпирания могут соответствовать разным значениямUвх. Кроме того задержка может быть введена по среднему значению сигнала и по его максимуму.

Если постоянная времени нагрузочной цепи Дару1 меньше периода повторения импульсов сигнала и диод Дару1 заперт напряжением задержки, то при Uв<Eз1 он будет заперт, а система АРУ разомкнута. При Uв<Eз1диод Дару1 отпирается и после фильтрации в Ф1 вырабатывается регулирующее напряжение Uр1зпропорциональное амплитуде максимального импульса. Это система АРУ по максимуму сигнала. Она стремится поддержать постоянным, максимальное значение выходного напряжения.

В системе АРУ напряжение задержки запирает усилитель постоянного напряжения УСАРУ2. Он отопрется только тогда, когда выпрямленное и отфильтрованное фильтром Ф2 напряжение превысит Ез2, это напряжение пропорционально среднему значению входного сигнала. Таким образом, система АРУ замыкается только тогда, когда среднее значение сигнала превысит некоторый уровень задаваемый Ез2. Это АРУ по среднему значению, стремящаяся поддержать неизменным среднее значение выходного напряжения.

По наличию усилителя в цепи АРУ их разделяют на усиленные и неусиленные.

На рис. 1.4 в цепи АРУ1 нет специального усилителя нив цепях высокой частоты, ни на постоянном токе. Это не усиленная АРУ. АРУ2 - усиленная, так как содержит усилитель до детектора АРУ или после него. Система АРУ1 была бы тоже усиленной, если ввести в цепь усиление.Усиленные системы АРУ обладают большой глубиной регулирования и способны обеспечивать меньший динамический диапазон выходного сигнала.

По степени быстродействия АРУ разделяют на инерционные (ИАРУ) и быстродействующие (БАРУ).

Причем когда говорят об АРУ, то имеют ввиду, как правило, ИАРУ. Степень быстродействия определяется относительно скорости изменения интенсивности сигнала. ИАРУ должна обладать такой инерционностью, чтобы не демодулировать сигнал даже при больших скоростях изменения его амплитуды. БАРУ в пределе превращается в «Мгновенную» АРУ (МАРУ). При этом регулирующее напряжение успевает установиться за время, менее длительности импульсного сигнала,и каждый импульс сам регулирует свое усиление с минимальным временем переходного процесса.

В приемниках РЛС встречаются шумовые и бесшумные АРУ.

Из принципа действия АРУ следует, что при слабом сигнале коэффициент усиления приемника максимален. При этом на выходе прослушиваются шумы, создаваемые внешними помехами и собственными флюктуационными процессами в каскадах радиоприемного устройства. В некоторых случаях это нежелательно, и тогда используется бесшумная АРУ. Пример функциональной схемы приведен на рис.1.5.

В состав схемы входит автогенератор Г, генерирующий колебания достаточно высокой частоты, находящейся вне пределов полосы пропускания УНЧ. Эти колебания детектируются детектором Дг, и выпрямленное напряжение с выхода Дг запирает один из каскадов УНЧ. При появлении сигнала, когдаUвых?Eз1, замыкается система АРУ и начинает вырабатываться Up. Это напряжение прикладывается к электродам активного прибора генератора Г и срывает его колебания. При этом снимается напряжение, запирающее УНЧ, и полезный сигнал поступает на выход.

В обзорных радиолокационных станциях уровень внешних шумов может сильно изменяться в зависимости от направления антенны РЛС. Для выравнивания уровня выходных шумов приемника используются «АРУ по шумам», или «шумовые АРУ»(ШАРУ). При этом регулирующее напряжение вырабатывается благодаря детектированию шумов в детекторе ШАРУ. Быстродействие системы ШАРУ должно быть согласованно с темпом обзора так, чтобы система ШАРУ успевала отрабатывать изменеие уровня шумового фона. При переходе в режим сопровождения цели ШАРУ переходит в режим работы по сигналу с соответствующим изменением быстродействия, если это требуется.

По технической реализации АРУ разделяют на цифровые и аналоговые.

В РЛС приемниках для создания цифровой АРУ применяются те же ЭВМ, которые используются и для управления РЛС и обработки радиолокационной информации.Широко применяются ЭВМ, которые можно использовать для создания цифровой АРУ. ЦАРУ обладает рядом преимуществ перед обычными аналоговыми системами:

независимостью длительности процесса установления требуемого усиления от уровня входного сигнала;

независимостью регулировочных характеристик от разбросов и конкретных свойств цепи АРУ и регулируемого усилителя;

возможностью установления требуемого усиления после приема первого же импульса от сопровождаемой цели, астатизмом и сохранением установленного усиления при перерывах в приеме сигнала.

Идея построения обратной ЦАРУ иллюстрируется функциональной схемой(рис.1.6).

Выходное напряжение видеоусилителя преобразуется в двоичный кодNвых(код ПНК) в преобразователе напряжение. Код Nвых сравнивается с эталонным кодом Nэ в схеме сравнения кодов, в результате чего образуется код рассогласования ДN.После поразрядного усреднения в схеме усреднения и запоминания вырабатывается кодрегулирования Np. Код регулирования управляет регулируемыми элементами с дискретной двоичной регулировкой. Число таких элементов равно числу разрядов кода регулирования, и, в зависимости от наличия в данном разряде Np нуля или единицы, соответствующей элемент регулирования имеет минимальный или максимальный коэффициент передачи. В схеме (рис.1.6) полагается, что этими регулируемыми элементами являются каскады УПЧ с дискретной регулировкой (УПЧДР). Перепад коэффициента передачи элемента, соответствующего данному разряду, сопряжен со старшинством разряда.

Если каскады УПЧ обычные аналоговые без дискретной регулировки, то после схемы УСЗК ставится обратный преобразователь «код - напряжение» (ПКН) и регулировка производится обычным образом.

1.2 Особенности амплитудных характеристик приёмника (регулируемого усилителя) под действием АРУ

На рис.1.7 представлены типичного вида амплитудные характеристики регулируемого усилителя, аналогичные АХ для всего приемника или его линейной части.

Обозначения:

U*вх min - минимальное входное напряжение, равное Ез в задержанной и усиленно-задержанной АРУ.

Uвх max- максимальное входное напряжение при отсутствии АРУ, при котором АХ линейна и отсутствуют нелинейные искажения.

U`вх max-максимальное входное напряжение при наличии простой АРУ.

U*вх max-максимальное входное напряжение для задержанного АРУ.

U**вх max- максимальное входное напряжение в усиленно-задержанной АРУ.

Если в приемнике АРУ нет, то с некоторого значения Uвх max начинает проявляться нелинейность, а при ещё большей Uвх и перегрузка усилителя, при этом его способность передавать приращения Uвх теряется. Амплитудная модуляция входного напряжения искажается или устраняется совсем.

При незадержанной АРУ коэффициент усиления начинает уменьшаться с появлением Uвх (характеристика более пологая, чем при отсутствии АРУ), однако искривление амплитудной характеристики ещё не говорит об искажении AM сигнала если система АРУ инерционна. Изображенные на рис. амплитудные характеристики являются статическими и сняты при медленном изменении Uвх т.е. при замкнутой системе АРУ. При задержанной (или усиленно задержанной) АРУ коэффициент усиления и амплитудные характеристики усилителя без АРУ и с АРУ совпадают при Uвх<Uвхmin. ПриUвх=Uвхmin вступает в работу система АРУ, и коэффициент усиления снижается. Усиление в цепи АРУ способствует улучшению стабилизации Uвых. Начиная с некоторого значения Uвхmax, сама цепь АРУ перегружается и её стабилизирующее действие ослабляется.

1.3 Способы регулировки усиления в радиоприемных устройствах

Электрические методы регулирования коэффициента передачи пассивных и активных элементов:

1.Режимные

2.Нережимные

1. В режимных методах регулирования усиления приемника изменение усиления происходит за счет изменения усилительных параметров активных приборов путем приложения регулирующего напряжения Up к их электродам. При этом изменяется режим работы активного прибора по постоянному току, и подобные способы изменения усиления называют режимными.

Режимные методы изменения коэффициента усиления основаны на зависимости параметров транзистора от режима по постоянному току.

Рассмотрим схему усилителя на полевом транзисторе (рис. 1.8 )

Резонансный коэффициент усиления:

Крутизна транзистора зависит от напряжения смещения транзистора Uз0.Подавая регулировочное напряжение Up на затвор транзистора, как это показано на рисунке, можно изменить Uз0, и крутизну транзистора S, а значит и коэффициент усиления. При увеличении (по абсолютному значению) Up, рабочая точка(рис. 18) сдвигается влево, крутизна падает, усиление уменьшается. Применение автоматического смещения за счет цепочки Rи Си уменьшает глубину регулирования(диапазон изменения Ко), т.к. цепь RиСи противодействует изменению режима. Поэтому в регулируемых усилителях желательно цепь Rи Сине ставить, а исходную рабочую точку задавать, применяя делитель Rз1,Rз2 в цепи затвора.

Для регулируемых усилителей лучше применять двузатворные полевые транзисторы

В приемниках на биполярных транзисторах режимные способы изменения коэффициента усиления также основаны на изменении параметров транзистора при изменении режима по постоянному току

Изменение тока коллектора происходит за счет подачи регулировочного напряжения в базу или в эмиттер транзистора.

Напряжение смещения на базе транзистора Uбэ будет зависеть от напряжения Еп и Up, изменяя последнее можно изменить ток базы, а значит и ток коллектора, в результате изменятся параметры транзистора и коэффициент усиления:

Схема управления по базе проста в исполнении, но из-за большого разброса параметров транзистора h21э, требуется в каждом конкретном усилителе подбирать сопротивление Rб2.



Схема управления по эмиттеру (рис. 1.11) не имеет этого недостатка, но из за того,что по цепи регулирования протекает значительно больший ток Iэ, мощности, обеспечиваемой диодным детектором АРУ недостаточно.

Поэтому при регулировке по эмиттеру после диодного детектора в цепи регулирования необходимо ставить усилитель постоянного тока или использовать транзисторный детектор, который сам дает усиление по мощности.

Режимные способы АРУ имеют ряд недостатков. Во-первых, при работе АРУ изменяется АЧХ и ФЧХ усилителя, т.к. изменяются крутизна, gвх, gвых, Свх и Свых транзистора. Во-вторых, если в регулируемом каскаде убрать цепочку Rэ Сэ для увеличения глубины регулирования, то нарушится термостабилизация каскада. В-третьих, из-за криволинейности ВАХ транзисторов при работе АРУ возникают перекрестные и нелинейные искажения сигнала.

2. Нережимные методы регулирования усиления приемника основаны на применении диодов и транзисторов как элементов с переменными R или С в схемах различных аттенюаторов или в цепях обратной связи усилительных каскадов.

а) Управляемый аттенюатор.

Идея использования управляемых аттенюаторов состоит в следующем: между усилительными каскадами ставится аттенюатор, коэффициент передачи которого можно изменять из-за включения в него управляемого сопротивления или емкости (рис.1.13). Коэффициент передачи КАТ:

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Изменяя Z1 или Z2 можно регулировать коэффициент передачи.

На рис. 1.14 показана схема управляемого аттенюатора, где управляемыми элементами являются диоды, сопротивление которых

При отсутствии Up сопротивление диодов мало, т.к. они открыты за счет положительного напряжения на анодах диодов. Подача положительного напряжения Up на катоды через резисторы R1 и R4 подзакрывает диоды, их сопротивление растет,коэффициент передачи аттенюатора падает.

б) АРУ с регулируемой обратной связью.

Коэффициент усиления четырёхполюсника с ООС находится по формуле:

где К0 - коэффициент усиления без ОС, в- коэффициент передачи цепи ОС.

Обратная связь в усилителе образуется при наличии переменного напряжения в цепи эмиттера. Если изменять сопротивление Zэ под воздействием регулировочного напряжения, то будет изменяться и коэффициент усиления. На рис.1.15 показан каскад с регулируемой ОС, где в качестве переменного сопротивления используется транзистор Т2:



Регулировочное напряжение подводится к транзистору Т2, таким образом, что сопротивление коллектор-эмиттер транзистора Т2 увеличивается при увеличении (по абсолютному значению) Up, при этом увеличивается глубина ОС и усиление уменьшается. Поскольку транзистор Т2 подключен к эмиттеру транзистора Т1 через конденсатор С2, то режим транзистора Т1 не меняется и его параметры остаются неизменными.

1.4 Расчет АРУ в статическом режиме

Исходными данными для расчета являются заданный динамический диапазон входного сигнала и допустимый динамический диапазон выходного сигнала

Отсюда легко определить требуемый динамический диапазон регулировки усиления Gp:



Выбрав вид и число регулируемых элементов n, можно для каждого их них рассчитать или измерить регулировочную характеристику, т.е. функцию Koi(Up), а затем получить общую регулировочную характеристику всего регулируемого тракта прохождения сигнала:

Примерный вид регулировочной характеристики изображен на рис. 1.16.

Крутизна регулировочной характеристики:

Реальная характеристика криволинейна, при расчетах мы ее спрямляем как показано на рис. 26. Зная Upi можно определить коэффициент усиления:

Так как Gp имеет порядок 103 - 105, график регулировочной характеристики строится обычно в полулогарифмической системе координат. При выборе числа регулируемых элементов необходимо принимать во внимание допустимые нелинейные искажения, увеличивающиеся при переходе рабочих точек в области нелинейности. При увеличении числа регулируемых элементов n крутизна регулировочной характеристики увеличивается и перемещение рабочей точки в каждом регулируемом элементе уменьшается, т.е. уменьшаются и нелинейные искажения. Однако при увеличении n все регулируемые элементы оказываются дополнительно связанными через общий источник Up, что иногда затрудняет обеспечение устойчивости ВЧ регулируемых усилителей.

В обратных системах АРУ при подаче Up на каскад УПЧ число регулируемых каскадов обычно колеблется в пределах 2-5. Сами регулируемые каскады должны располагаться,возможно, ближе к входу приёмника, как с точки зрения лучшей защиты от перегрузок, так и с точки зрения снижения нелинейных искажений (коэффициент нелинейных искажений в УВЧ и УПЧ пропорционален U02, где U0 - амплитуда сигнала на входе каскада).

Считая, что , можно найти G0min

Gp - требуемый диапазон регулировки усиления.

По значению можно определить в соответствии с регулировочной характеристикой (см. рис. 1.16).

Это значение должна обеспечить система АРУ при подаче на её вход максимального сигнала в точке съема напряжения для запуска системы АРУ. Будем считать, что на её вход подаётся выходное напряжение БВЧ. Тогда цепь АРУ обладает амплитудной характеристикой Up(Uвых), примерный вид которой изображён на рис.1.17.

В задержанной АРУ регулирующее напряжение появляется только при Uвых?Eз, при очень большом Uвых сама цепь АРУ может перегружаться, что приводит к загибу характеристики. Тангенс угла наклона амплитудной характеристики равен коэффициенту усиления цепи АРУ КАРУ. Считая эту характеристику линейной, записываем:

Снижать усиление при нецелесообразно, поэтому следует брать , т.е.включать систему АРУ после того, как выходное напряжение достигнет номинального значения. Тогда получим:

решаем относительно величины В.

Из уравнения (1) следует невозможность получения «идеальной» обратной системы АРУ, для которой В=1. Это требует или бесконечно большого усиления в цепи АРУ и тракте прохождения сигнала; или бесконечно большой величины напряжения Eзили Upmax=0. Два последних условия вообще не имеют смысла.

Поскольку КАРУ=Кд КусКф, где Кд - коэффициент передачи детектора АРУ, а Кус - коэффициент усиления усилителя, очевидна его роль в улучшении стабилизации выходного напряжения. Чем больше КАРУ, тем ближе В к единице, и тем эффективнее работает АРУ.

1.5 Переходные процессы в системе АРУ

(Расчет АРУ в динамическом режиме).

При рассмотрении переходных процессов будем полагать, что единственным инерционным звеном является фильтр АРУ. Для обратной системы решение в общем виде найти в данном случае невозможно, т.к. схема параметрическая (вход и выход взаимозависимы). Решение ищется для конкретного вида входного воздействия.

Sp - крутизна регулировочной характеристики;

K0нерег - коэф. усиления нерегулируемых каскадов;

Uвх - напряжение на входе БВЧ;

Uвых - напряжение на выходе БВЧ=Uвх.АРУ.

Напряжение U1 на входе фильтра Ф (в соответствии с рис. 1.18):

Напряжение Up образуется на выходе фильтра Ф при наличии на его входе напряжения U1.

Выразив из (*) Uр и подставив его в (**), получим:

Решение можно найти только для конкретного вида входного воздействия.

Пусть напряжение на входе изменилось скачком:

Решив это уравнение относительно Uвых, имеем:

µ - эквивалентный коэффициент усиления системы АРУ

Постоянная времени АРУ (фАРУ) определяет быстродействие системы:

Формула показывает, что она намного меньше, чем постоянная времени фильтра. Чем больше скачок на входе, тем быстрее идет процесс установления номинального значения выходного напряжения. Несмотря на то, что инерционность системы зависит только от фильтра, быстродействие определяется не только инерционностью фильтра, но и величиной µ. Это характерно для систем с обратной связью, в которых в начальный момент на вход фильтра поступает скачок напряжения максимальной величины и, следовательно, быстрее идёт перезаряд емкости.

При отсутствии задержки установившееся значение напряжения:



Для задержанной АРУ:

Если

На входе амплитудно-модулированный сигнал с глубиной модуляции m1:

Если полагать глубину модуляции меньше 0,5; то, проделав математические преобразования при подстановке данного сигнала в формулу (***), получим, что в общем случае глубина модуляции на выходе зависит от глубины модуляции на входе в соответствии с выражением:

Где - выражение для коэффициента передачи фильтра.

При однозвенном RC фильтре , тогда:

По ней можно судить об амплитудных и фазовых искажениях входного сигнала:



АЧХ АРУ:

Реально АРУ вносит искажения в модуляцию, но можно выбрать фильтр и параметры системы, при которых искажения малы. При отсутствии АРУ, при том же динамическом диапазоне входного сигнала искажения были бы больше.

Приблизительные значения постоянных времени фильтра для приемников различного назначения:

ффильтра = 0,02 - 0,2 с (вещание);

ффильтра = 0,1 - 1 с (связь);

ффильтра = 0,5 - 2 с (РЛС с угловым сопровождением).

1.6 Устойчивость систем АРУ

Поскольку АРУ - система с обратной связью, надо проводить анализ на устойчивость.

Применим критерий Найквиста. Замкнутая система с ОС будет устойчива, если в разомкнутой системе годограф петлевого усиления при изменении частоты от -? до +? не охватывает точку (1,0). Надо иметь в виду, что самовозбуждение в системах АРУ возникает только при наличии Uвх и выражается в появлении паразитной амплитудной модуляции.

При исследовании устойчивости полагаем, что инерционностью обладает только фильтр. На выходе цепи АРУ напряжение будет для любой составляющей:

где - коэффициент усиления нерегулируемых каскадов;

- коэффициент усиления АРУ;

- крутизна регулировочной характеристики;

- частотная характеристика фильтра.

Фильтр уменьшает амплитуду и вносит фазовые сдвиги, поэтому устойчивость надо рассматривать для конкретного типа фильтра.



Однозвенный RC-фильтр

;

,

следовательно годограф будет располагаться в левой полуплоскости.

система абсолютно устойчива

Двухзвенный RC-фильтр

Трехзвенный RC-фильтр - в системе АРУ может быть самовозбуждение

1.7 Импульсные системы АРУ

Импульсные системы по быстродействию разделяются на:

инерционные

быстродействующие

мгновенные

Их специфическая особенность - выбор постоянной времени фильтра АРУ.

Инерционные АРУ (ИАРУ)

Применяются в тех приёмниках, где нужно, чтобы АРУ не искажала полезную амплитудную модуляцию пачки импульсов, например, в РЛС сопровождения цели по угловым координатам.

ВУ - видеоусилитель

ДРИ - детектор радиоимпульсов

СК - селекторный каскад.

Инерционность достигается за счёт того, что роль фильтра АРУ выполняет пиковый детектор с нагрузкой в виде цепи RC с большой постоянной времени. Для того чтобы мощные помеховые сигналы не влияли на работу АРУ, т.е. чтобы АРУ работала по полезному сигналу, в систему вводится селекторный каскад, который открывается стробирующим импульсом от схемы сопровождения. Мощная помеха надолго бы уменьшала усиление приемника, т.е. ухудшала бы его чувствительность для полезного сигнала.

Быстродействующая АРУ (БАРУ)

Применяется главным образом в обзорных PЛC. Регулировка ведется в пределах каждого импульса. В этих случаях ф = RC фильтра очень мала. Поэтому АРУ выглядит как детектор с малой постоянной времени фильтра.

В импульсных схемах АРУ анализ устойчивости АРУ более сложен. При малой инерционности и большой глубине регулирования возникает самовозбуждение на частоте .

- быстродействующая АРУ в режиме самовозбуждения на

Высокое быстродействие не позволяет получить большой глубины регулирования по соображениям устойчивости, и поэтому для ее увеличения приходится применять несколько последовательных петель БАРУ (рис. 1.28). Причём обычно одна петля охватывает всего один усилительный каскад.

Быстродействующие АРУ могут использовать по прямому назначению при длительности импульсов 1-2 мкс, но системы БАРУ могут использоваться в импульсных приемниках с более короткими импульсами для повышения помехоустойчивости к помехам большой амплитуды и длительности. Это можно объяснить следующим образом (рис.16).

На рисунках показана АХ приемника, она выглядит так, как в приемнике без АРУ, поскольку импульсы короткие и АРУ сработать не успевает.

Если одновременно с мощной длительной помехой подается слабый короткий импульс, на выходе он практически был бы подавлен из-за нелинейности ВАХ (в соответствии с рис. 1.29 а). Поскольку помеха длительная, АРУ успевает сработать и снижает усиление (на рис. 1.29 пунктир), тогда импульс нормально усиливается и на выходе он отчетливо виден (рис. 1.29 б).

Мгновенная АРУ

Использует УПЧ с логарифмической амплитудной характеристикой.

В импульсных приемниках РЛС применяются «временные» системы АРУ (ВАРУ).

Пусковой импульс 1 от модулятора РЛС, генерируемый одновременно с зондирующим импульсом, запускает генератор регулирующего напряжения (ГРН). Примерная форма напряжения показана на рис. 1.30. В начальный момент времени это напряжение вообще может запирать приёмный тракт, осуществляя «блокирование» приёмника. Затем по мере уменьшения Up усиление приёмника увеличивается, доходя до максимально возможного. Таким образом, усиление оказывается связанным с дальностью, благодаря чему и достигаются указанные выше цели применения ВРУ. Форма и скорость изменения Uр(t) устанавливаются в зависимости от конкретных условий. Система ВРУ является совершенно автономной, не связанной с интенсивностью входного сигнала в каждый данный момент времени.



2. Автоматическая Подстройка Частоты (АПЧ)

Автоматическая подстройка частоты применяется в супергетеродинном приемнике. Частота задающего генератора передатчика и частота гетеродина приемника подвержены влиянию ряда дестабилизирующих факторов (влажность, температура, давление, изменение напряжения питания и т.п.) из-за чего частота генераторов нестабильна. Это приводит к тому, что изменяется и промежуточная частота fпр, которая равна:

fпр = | n·fг ±m·fc |, причем чаще всего используется значение fпр = fг - fс.

Для того, чтобы прием сигнала был не нарушен, необходимо расширить полосу пропускания линейного тракта приемника на величину равную :

б - коэффициент нестабильности.

В том случае, когда это расширение полосы сравнимо или больше ширины спектра самого сигнала целесообразно вводить в приемник систему АПЧ.

2.1 Принцип действия, состав и классификация систем АПЧ

Принцип действия АПЧ основан на том, что при отклонении частоты от номинального значения вырабатывается регулирующее напряжение, которое воздействует на генератор, изменяя его частоту в сторону уменьшения ошибки.

Для этого в состав АПЧ должны входить: измерительный элемент (ИЭ), фильтр низкой частоты (ФНЧ), управляющее устройство (УУ), усилитель (УПТ). Измерительный элемент вырабатывает напряжение, соответствующее отклонению промежуточной частоты от номинального значения. Фильтр подавляет несущую частоту и обеспечивает необходимую инерционность системы. Управляющее устройство воздействует на частоту генератора. Усилитель (УПТ) вводится в АПЧ для увеличения эффективности системы, иногда может отсутствовать.

Классификация систем АПЧ.

1. По подстраиваемой частоте:

а) системы промежуточной частоты.

б) системы абсолютной частоты.

2. По измерительному элементу.

а) с частотным детектором (АПЧ)

б) с фазовым детектором (ФАПЧ)

3. По используемому рабочему сигналу:

а) С непрерывным сигналом.

б) С импульсным сигналом.

4. По быстродействию:

а) инерционные (ИАПЧ).

б) быстродействующие (БАПЧ).

5. Аналоговые, цифровые.

6. Поисковые, беспоисковые.

7. Одноканальные, двухканальные.

а) Структурная схема системы автоматической подстройки частоты, стабилизирующей промежуточную частоту приведена на рис. 2.1



В схеме Up- регулировочное напряжение.

1.б) на рисунке 2.2 представлена абсолютная система АПЧ.

2.2 Элементы систем АПЧ

В качестве измерительного элемента используются частотные и фазовые детекторы, рассмотренные ранее.

В качестве фильтра нижних частот (ФНЧ) обычно используют однозвенный RC- фильтр:



Усилитель постоянного тока УПТ (иногда в схеме отсутствует) был изучен подробно в другом курсе.

Чуть более подробно остановимся на схеме управляющего устройства. Если генератор выполнен на LC контурах, то в качестве УУ используют схему на варикапах (рис. 2.4).

При изменении напряжения смещения U0 на величину Up, меняется Свар и, соответственно, меняется частота генерации гетеродина. Емкость варикапа зависит от подводимого к нему напряжения смещения (U0 + Up), как показано на рис. 2.5.

На умеренно высоких частотах иногда используют схему «реактивного транзистора», показанную на рис. 2.6

S - крутизна транзистора

Uз - напряжение на затворе

Uc- напряжение на стоке.

Проводимость в точках ab.

Если Z1 - конденсатор с ёмкостью C, Z2 -резистор с сопротивлением R, то:

соответствует выражению:



тогда, если , то величиной Rв знаменателе можно пренебречь

= j · w · Cэкв, где Сэкв = С · R· S

Т. е. проводимость имеет емкостной характер.

Управляя крутизной ВАХ транзистора можно управлять Сэкв, для этого регулирующее напряжение Up подводят к точке b. Сэкв подключается параллельно контуру гетеродина и изменяет его частоту.

Если гетеродин выполнен на клистроне, то управляющее устройство вообще не требуется, т.к. частота генерации непосредственно зависит от напряжения Up,подаваемого на специальный электрод клистрона.

2.3 АПЧ в приемнике с непрерывным сигналом

Структурная схема представлена на рис. 2.7

Амплитуда напряжения на выходе ЧД зависит от величины расстройки частоты (?f), а полярность от знака расстройки.

Крутизна характеристики ЧД:

Крутизна характеристике УУ:

Углы наклона этих характеристик являются важным параметром систем АПЧ.

При условии:

fг>fсfпр = fг - fcSу · Sчд< 0,

то есть наклоны характеристик должны быть разные.

Произведение |Sy · Sчд| = Kапч называется коэффициентом усиления АПЧ, от него зависит эффективность работы системы и быстродействие.

Если в состав АПЧ входит усилитель с коэффициентом усиления Кус, то

Капч = Sчд · Sy · Кус

2.3.1 Анализ работы АПЧ при малых расстройках частоты

Предположим, что частота сигнала или гетеродина изменилась на?fи получилась начальная расстройка промежуточной частоты. ?fпр нач небольшой величины, такой что характеристики частотного детектора и управляющего устройства можно считать линейными:

Uчд= Sчд · ?fпр

?fг = Sy · Uр

Наличие ?fпр нач вызывает появление напряжения на выходечастотного детектора, что вызовет появление регулирующего напряжения и управляющее устройство изменит частоту гетеродина, а значит и промежуточную частоту fпр. Эту ситуацию можно представить так:

?fпрапч = ?fпрнач - Sy · Up,

где ?fпрапчотклонение промежуточной частоты от номинального значения при работающей АПЧ. Связь между регулирующим напряжением (Up) на выходе фильтра и напряжением частотного детектора (Uчд) соответствует дифференциальному уравнению

Уравнение, характеризующее работу АПЧ, выглядит следующим образом:

Преобразуем к виду:

При t стремящемся к бесконечности будем считать, что система установится, следовательно

Этому состоянию будет соответствовать установившееся значение регулировочного напряжения:

Подставляя данное значение в уравнение для ошибки, получаем:

Найдем статическую ошибку (остаточную погрешность):



Остаточная погрешность оценивает точность работы системы (или эффективность работы системы). Как видно из формулы, эффективность работы определяется коэффициентом Капч, где:

или

если есть усилитель.

Ошибка уменьшается, при увеличении Капч. Как следует из формулы, в системе есть остаточная погрешность по частоте. Чем больше Капч, т.е.Sчд,Sy, Кус, тем меньше остаточная ошибка.

Рассмотрим переходный процесс. Процесс установления Uр остаточной ошибки идет по экспоненте, причем постоянная времени системы АПЧ, в которой инерционность задается инерционностью фильтра, отличается от постоянной времени самого фильтра(аналогично системе АРУ)

, а сама ошибка

где

Таким образом, быстродействие определяется не только фильтром, но и параметрами самой системы. Объясняется это аналогично системе АРУ: АПЧ-параметрическая система, заряд фильтра форсируется, так как в первый момент времени подается на фильтр максимальное напряжение. Следовательно, Капч характеризует и быстродействие, и точность работы.

Графически процесс уменьшения первоначальной расстройки частоты в работающей системе АПЧ показан на рисунке 2.8

2.3.2 Работа АПЧ при больших расстройках частоты

При больших расстройках частоты, характеристика ЧД нелинейная, так как описывается сложной формулой, то есть вэтом случае:

Характеристику управителя по-прежнему считаем линейной ?fг = Sy · Up.

Решение находим графическим путем. Нарисуем реальную характеристику ЧД. Наложим характеристику управителя на те же оси:

При малых расстройках (0<?fпр нач<?f2) АПЧ работает эффективно и начальная расстройка уменьшается в (1+KАПЧ) раз. Графически остаточная погрешность ?fпр уст равна расстоянию от нуля до проекции т. пересечения этих двух характеристик на ось абсцисс.

Если начальная расстройка равна ?f2, то характеристика управителя является внутренней касательной к характеристике ЧД (точка 2). Если ?fнач = ?f4, то характеристика управителя является внешней касательной (точка 6).



Если начальная расстройка равна ?f2, то характеристика управителя является внутренней касательной к характеристике ЧД (точка 2). Если ?fнач = ?f4, то характеристика управителя является внешней касательной (точка 6).

При начальных расстройках от ?f2 до ?f4, характеристики управителя и ЧД пересекаются в трёх точках. Например: для ?f3характеристики пересекаются в точках 3, 4, 5, причем точки 3 и 5 - точки устойчивого равновесия, а точка 4 соответствует неустойчивому равновесию, система переходит в точку 3, либо в точку 5, в зависимости от начальных условий. Система переходит в точку 3, если начальная расстройка ?f3 образовалась при работающей АПЧ. Если АПЧ не работала и начальная расстройка ?f3, то устойчивому равновесию соответствует точка 5 и система АПЧ почти не уменьшает начальную расстройку. При расстройке ?f>?f4система АПЧ не работает: ?fуст = ?fнач. Таким образом в пределах (-?f4) до (+?f4) (область удержания) система продолжает работать (удерживает синхронизацию). В пределах (-?f2) до (+?f2) (область захвата) система работает эффективно в независимости от начальных условий.

Об эффективности работы системы можно судить по регулировочным характеристикам, графически представленным на рисунке 2.10.

Покажем регулировочную характеристику системы ?fпр уст (?fпр нач).

Если система АПЧ отсутствует, то?fпр уст = ?fпр начи регулировочная характеристика представляет собой линейную зависимость распложенную под углом 45? к оси (если масштаб по осям одинаковый). Если система АПЧ работает,?fпруст<?fпр нач, то угол меньше 45. В пределах полосы захвата АПЧ работает всегда эффективно, в пределах полосы удержания ?fпр уст может быть в Капч раз меньше первоначальной или почти не отличается от нее. Это зависит от начальных условий. Если АПЧ работала, но начальная расстройка увеличивалась (на рисунке это показано направлением стрелки слева направо), то система работает в пределах полосы удержания. Если при включении системы АПЧ, ?fпрнач>?fпр захвто АПЧ не начнет работать пока первоначальная ошибка не будет меньше (направление стрелки справа налево)?fпр захв

Чем меньше угол б, тем меньше остаточная погрешность, тем эффективней работает система:

2.4 Устойчивость систем АПЧ

Система АПЧ, являясь замкнутой системой обратной связи, способна к самовозбуждению. Неустойчивость системы ПЧ проявляется в виде паразитной частотной модуляции сигнала, а если эта паразитная ЧМ достаточно глубока, то и в виде амплитудной модуляции. Процесс самовозбуждения начинается со случайного изменения частоты (гетеродина, сигнала или промежуточной), вызывающего появление напряжения на входе ЧД. Если это напряжение, превращаясь в регулирующее напряжение, поддерживает первоначальное отклонение частоты, то система АПЧ является неустойчивой.

Поскольку инерционность системы АПЧ в приемных устройствах ЧМ сигналов может быть весьма малой (в этом случае она ограничена условием отсутствия демодуляции ЧМ сигнала), то при анализе устойчивости приходится учитывать дополнительно фазовые сдвиги в элементах петли АПЧ, УПЧ, ЧД. В первом приближении фазовые характеристики этих элементов можно считать линейными, тогда вызываемый ими дополнительный фазовый сдвиг, , где фз - время запаздывания сигнала при прохождении через указанные элементы.

Для общности будем рассматривать систему промежуточной частоты и использовать критерий устойчивости Найквиста. Разомкнем систему в точке ввода регулирующего напряжения.

Будем считать, что случайное отклонение промежуточной частоты произошло за счет возмущающего воздействия на входе вх. Выделим из спектра возмущения одну частотную составляющую с амплитудой вх и проследим ее преобразование в петле АПЧ. Наличие напряжения с комплексной амплитудой Uвх на входе вызовет отклонение частоты гетеродина . Если fп = fг - fс, то отклонение промежуточной частоты:

С учетом запаздывания в элементах петли АПЧ амплитуда напряжения на входе фильтра: Uчд = Sчд·?fпр·exp(-jЩTз) = -Sчд·Sy·UЩвх·exp(-jЩTз)

Регулирующее напряжение с учетом действия фильтра системы АПЧ равно:

UЩвх=Up=-Sчд·?fпр·exp(-jЩTз)·Ц(jЩ)

Петлевое усиление цепи АПЧ:

Пусть фильтра цепи АПЧ - однозвенный RC-фильтр нижних частот, для которого

Тогда

Коэффициент передачи фильтра записываем по-другому:

Тогда можно записать

Согласно критерию устойчивости Найквиста система с обратной связью в замкнутом состоянии неустойчива, если, , c учетом предыдущего выражения, это означает, что одновременно должны выполняться условия:

Из первого равенства можно определить частоту , на которой выполнятся условие неустойчивости (самовозбуждения):

Подставляя во второе равенство, найдем критическое время запаздывания, при котором система АПЧ оказывается неустойчивой:

При(обычно это условие выполняется), единицей под корнем можно пренебречь, тогда:

и для получаем:

Формула позволяет определить критическое время запаздывания при выбранной постоянной времени RC- фильтра и глубине регулирования . Превышение значения (и даже приближения к нему) приводит к неустойчивости системы АПЧ. Будучи решенной относительно , формула дает ее критическое значение при заданном времени задержки в элементах цепи АПЧ: Если , то система АПЧ устойчива. При более сложных фильтрах АПЧ (двухзвенных, трехзвенных) допустимое время запаздывания в элементах цепи АПЧ снижается, а переходный процесс может иметь колебательный характер даже без запаздывания вэлементах цепи АПЧ.

Таким образом, при выборе постоянной времени системы АПЧ следует учитывать в общем случае требования заданного быстродействия, отсутствия демодуляции ЧМ- Сигнала и условие устойчивости.

2.5 АПЧ в импульсных приемниках

В импульсных приемниках системы АПЧ подразделяется на несколько классов:

1. По быстродействию:

инерционные (ИАПЧ)

быстродействующие (БАПЧ)

2. По типу структурных схем

одноканальные

двухканальные

3. По наличию поиска

поисковые

беспоисковые

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис.2.12

а) Рассмотрим работу одноканальной инерционной импульсной системы АПЧ. Структурная схема ИАПЧ Включает следующие элементы:

СМ-смеситель

УПЧ- усилитель промежуточной частоты

ЧД- частотный детектор

ПД- пиковый детектор

УУ- устройство управления

Ф- фильтр

ВУ- видеоусилитель

УПТ - усилитель постоянного тока

При отклонении от номинального значения на выходе ЧД получается последовательность видеоимпульсов. Частота повторения и длительность повторяют входной сигнал, а амплитуда и полярность зависят от величины отклонения промежуточной частоты от номинального значения и знака отклонения. Так как спектр видеосигнала достаточно широк, полоса пропускания ЧД велика, крутизна Sчд мала, и поэтому необходимо ставить ВУ.

В качестве фильтра в инерционной АПЧ используется пиковый детектор- это придает системе инерционость. Пиковый детектор должен быть двухтактным, то есть вырабатывать и положительное и отрицательное напряжение на выходе. Пиковый детектор имеет достаточно низкий коэффициент передачи, следовательно, имеет смысл добавить после него УПТ, но лучше в ВУ выбирать коэффициент усиления с запасом, учитывая потери в пиковом детекторе. Такая система АПЧ производит подстройку медленно- по нескольким импульсам.

б) БАПЧ показано на рисунке Рис. 2.13

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис 2.13

В быстродействующих системах АПЧ подстройка происходит в пределах каждого импульса. В паузе между импульсами частота гетеродина не должна меняться, то есть должна оставаться такой, какой была в момент окончания подстройки. Для этого в качестве фильтра используется фиксирующая цепь- ключевой детектор.

2. По типу структурных схем :

а) Одноканальные (были рассмотрены раньше)

б) Двухканальные БАИЧ представлена на рис. 2.14

Если приемник и передатчик расположены близко, целесообразно выделять систему АПЧ в отдельный канал для повышения качества системы. Рассмотрим двухканальную систему АПЧ в импульсных приемниках. Структурная схема такой системы будет выглядеть следующим образом:

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис 2.14

Здесь:

АП-антенный переключатель

ДМ - делитель мощности

АТТ-аттенюатор

Для АПЧ в приемнике образован отдельный канал, обозначенный на рисунке пунктиром. Сигнал с передатчика через ДМ и аттенюатор поступает на смеситель АПЧ, образуется напряжение промежуточной частоты, которое усиливается в УПЧ АПЧ и подается на частотный детектор. Дальнейшая работа схемы происходит так, как было рассмотрено ранее. Изменение частоты гетеродина меняет промежуточную частоту основного тракта.

З. Для расширения полосы действия АПЧ может быть введен поиск по частоте, тогда системы АПЧ разделяют на:

а) поисковые

Структурная схема быстродействующей системы АПЧ с поиском по частоте будет выглядеть следующим образом (рис 2.15)

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис. 2.15

При большой начальной расстройке, когда , система АПЧ не работает;

на управляющее устройство подается напряжение от генератора пилообразного напряжения (ГНП). Частота гетеродина и промежуточная частота меняются, расстройка уменьшается. Если при этом окажется , АПЧ начинает работать, на выходе видеоусилителя (ВУ) появляются импульсы, ГПН перестает изменять свое выходное напряжение, АПЧ продолжает работать.

б) беспоисковые (были рассмотрены раньше)

2.6 ФАПЧ - фазовая автоматическая подстройка частоты

Если признаком для срабатывания систем АПЧ является отличие фазы колебаний сигнала и фазы опорного колебания, то говорят о ФАПЧ. Фазовая автоматическая подстройка частоты используется очень широко. Представим структурные схемы ФАПЧ.

подстройка по промежуточной частоте (рис. 2.16)

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис. 2.16

2) абсолютная фазовая система подстройки частоты (Рис. 2.17)

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис. 2.17

Действие системы ФАПЧ основано на том, что разность фаз двух колебаний, а следовательно, напряжение на выходе фазового детектора может быть неизменным

только в том случае, если частоты этих колебаний равны , то есть в установившемся состоянии ошибка по частоте равна нулю:

В системе ФАПЧ чтобы ,надо выполнить условие . В принципе и нулевую статическую ошибку можно объяснить также за счет наличия интегратора в системе регулирования. Интегратором является фазовый детектор.

2.7 Анализ работы ФАПЧ без учета RC-фильтра

Введем некоторые допущения:

Коэффициент передачи фильтра не зависит от частоты

Характеристика управителя линейна .

В отличие от частотной подстройки в ФАПЧ неважно, какой наклон имеют характеристики управителя и детектора. Поэтому при рассмотрении изменения частоты считаем, что:

В данном случае можно записать (т.е. без учета реальной характеристики фильтра)



Учтя предыдущее выражение, запишем:

; т.к. , то тогда

Если система находится в установившемся состоянии, то и

Тогда

,

Уравнение имеет решение при выполнении условия:.

Обозначим коэффициент усиления петли ФАПЧ

Окончательно, для установившегося состояния системы получаем: и

, где - это установившееся значения разности фаз этих напряжений.

Поскольку имеет максимальное значение , то является максимально возможным изменением частоты, т.е. полосой удержания, то можно записать также:

Решая относительно , получаем

(*)

Физический смысл- максимальный размах изменения частоты, поэтому это и есть полоса удержания

т.е.

Тогда условие для решения уравнения можно переписать так:

Данному выражению ( *)соответствует два решения:

основное решение (устойчивое состояние равновесия)

неустойчивое равновесие

В рассматриваемом случае

2.8 Учет RC фильтра в системе ФАПЧ

Учтем реальную характеристику фильтра :

, - коэффициент передачи фильтра зависит от частоты и

а напряжение на входе и выходе фильтра соответствует Выражению:

(**)

:

Тогда

После подстановки и ) в (**), получаем:

Умножаем правую и левую часть уравнения на и

После преобразования запишем основное уравнение ФАПЧ, следующим образом:

Или

Решение этого уравнения возможно при следующем условии:

, но этого условия недостаточно.

При

, где полоса захвата ФАПЧ

Полоса захвата:

Коэффициенты 1,3-1,7 зависят от того какой вид опорного сигнала: 1,3-гармонический, 1,7-меандр. Наличие фильтра сужает полосу относительно полосы удержания, за счет того, что за частотами среза напряжение уменьшается.

А ошибка по фазе соответствует выражению:

, т.е. принимает такие же значения, как и в анализе работы ФАПЧ без учета RCфильтра.

Представим в графическом виде регулировочную характеристику ФАПЧ на рис. 2.18



Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис 2.18

2.9 Сравнение систем ФАПЧ и ЧАПЧ

Установившиеся ошибки по частоте:

Для ЧАПЧ

Для ФАПЧ или

Наклон характеристик детектора и управителя важен в ЧАПЧ:

Не важен в ФАПЧ, где изменение наклона приводит к другому рассогласованию по фазе.

Полоса втягивания (захвата)

В ЧАПЧ определяется ЧД и , не зависит от Фильтра

В ФАПЧ определяется полосой пропускания фильтра и

Полоса захвата ФАПЧ меньше, чем полоса захвата в системе АПЧ при тех же параметрах фильтра и усиления.



2.10 Расширение полосы работы ФАПЧ

Применение пропорционально-интегрирующего фильтра в цепи подстройки. Фильтр показан на рис.2.19

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис. 2.19

Полоса захвата ФАПЧ при той же величине постоянной времени фильтра будет шире, чем при обычном RC фильтре, у которого в соответствии с формулой

Меняя соотношение между можно регулировать полосу захвата.

Использование комбинированной системы ЧАПЧ-ФАПЧ (рис.2.20)



Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис. 2.20

Сначала ключ (Кл) замкнут и работает система ЧАПЧ, расстройка уменьшается. Когда она становится такой, что ФАПЧ, начинает работать ФАПЧ, уменьшая расстройку до нуля. Поскольку полоса АПЧ шире, чем ФАПЧ, то получается , что как бы ФАПЧ работает в более широкой полосе. После того, как начинает работать ФАПЧ ключ надо разомкнуть (это выполняется автоматически), чтобы эффективная шумовая полоса была меньше.

Введение поиска по частоте

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис. 2.21Размещено на Allbest.ru

...