16.Автоматическая подстройка частоты гетеродина. Линейный режим.

Радикальным средством повышения стабильности частоты гетеродина является использование синтезатора частоты. Однако в ряде случаев включение синтезатора в состав приемника настолько повышает его стоимость, что теряется целесообразность его использования. В этом случае целесообразно использовать систему АПЧГ. Рассмотрим обобщенную структуру АПЧГ.

Если под воздействие дестабилизирующих факторов меняется частота гетеродина (ГУН), то на эту же величину меняется f_ПЧ. Это отклонение фиксируется дискриминатором, на выходе которого формируется напряжение, знак и величина которого соответствуют отклонению частоты. После фильтрации в ФНЧ напряжение воздействует на управляющий элемент (часто варикап), который компенсирует отклонение частоты ГУН.

Если дискриминатор является частотным, то имеет место ЧАП, если отклонение частоты фиксируется с точностью до фазы и дискриминатор фазовый, то это ФАПЧ, и в этом случае в состав системы входит кварцевый генератор.

Проанализируем простейший вариант в виде ЧАП. Различают 2 режима работы ЧАП- линейный и нелинейный. Если отклонение частоты гетеродина от требуемого значения мало и нелинейные свойства частотного дискриминатора проявляются слабо, то имеет место линейный режим, в противном случае – нелинейный.

Линейный режим.

Пусть под воздействием дестабилизирующих факторов f_г отклонилась на Δf гетеродина. С целью упрощения f_ПЧ=f_Г- f_С – т.е. верхняя настройка гетеродина. За счет действия системы АПЧ расстройка гетеродина уменьшается.

Δf_Гост.=Δf_ПЧост. – отклонение ПЧ от требуемого значения.

Δf_Гост.= Δf_Г- Δf_Грег., где Δf_Гост. – регулирующее воздействие с выхода управляющего элемента.

Δf_Гост≈S_упр.U_дискр., где S_упр. – крутизна управляющего элемента (считаем характеристику управляющего элемента линейной), _.U_дискр≈ S_д Δf_ост., S_д крутизна дискриминатора.

где - коэффициент частотной автоподстройки (К_ЧАП).

К_ЧАП показывает, во сколько раз уменьшается отклонение частоты гетеродина при использовании ЧАП. Увеличение К_ЧАП приводит к снижению устойчивости системы АПЧ. Для её повышения увеличивают постоянную времени ФНЧ – растёт инерционность системы. Система не успевает отрабатывать быстрые изменения частоты гетеродина, поэтому К_ЧАП, также как постоянная времени ФНЧ выбирают исходя из условий компромисса между противоречивыми требованиями: увеличение точности и быстродействия.

Обычно в расчетах К_ЧАП не более 20-25. Если рассматривать воздействие дестабилизирующих факторов как некое возмущение, прикладываемое ко входу ГУН, то относительно этого возмущения система ведёт себя как ФНЧ, то есть НЧ возмущения подавляются, а ВЧ проходят на выход системы без изменений.

17.Нелинейный режим автоматической подстройки частоты гетеродина.Особенности эксплуатации приемного устройства.

Если отклонение частоты гетеродина настолько велико, что работа частотного детектора (ЧД) характеризуется областью вершины его характеристики, то система переходит в нелинейный режим.

С целью упрощения анализа нелинейного режима АПЧ проводят его с помощью графических построений.

Δf_ОСТ = Δf_ГЕТ - Δf_РЕГ

Δf_ГЕТ = Δf_ОСТ + Δf_РЕГ

Необходимо найти зависимость Δf_ОСТ от Δf_ГЕТ:

Δf_РЕГ ≈ S_УПР ∙ U_РЕГ (U_Д)

U_Д = U_ЧД

Проанализируем поведение АПЧГ при изменении возмущающего воздействия от малого до большого значения. Как только возмущающее воздействие станет на столько большим, что система АПЧГ перейдет в положение характеризующееся точкой а₁ , происходит смена знака в петле обратной связи (О.С.) системы автоматической регулировки. Система с отрицательной обратной связью превращается в систему с положительной обратной связью. Это объясняется тем, что точке а₁’ на характеристике ЧД любое сколь угодно малое увеличение Δf_ОСТ для точки а₁’ вызывает уменьшение регулирующего воздействия. Это приводит к увеличению Δf_ОСТ. Процесс лавинообразно развивается, система АПЧ скачком переходит в выключенное состояние, которое характеризуется точкой d₁.

Если от точки d₁ двигаться до b₁ , то система АПЧ фактически остается в выключенном состоянии (система авто регулирования имеет положительную О.С. но с малым коэффициентом усиления). Точка b₁ соответствует точке b₁^’ на характеристике ЧД. Крутизна этой характеристики становится достаточно большой, чтобы система автоматического регулирования перешла в режим самовозбуждения. При этом уменьшение Δf_ОСТ относительно точки b₁^’ приводит к увеличению Δf_РЕГ, который в свою очередь уменьшает Δf_ОСТ.

Δf_ОСТ быстро уменьшается, система АПЧ из выключенного состояния скачком переходит во включенное, которое характеризуется точкой с₁.

Проекции точки а₁ на ось Δf_ГЕТ называется Полосой удержания, b₁ – Полосой захвата.

Полосой удержания – это максимально возможная расстройка частоты гетеродина под воздействием дестабилизирующих факторов, при которой система АПЧ работает если в предыдущие моменты времени она также находилась в рабочем состоянии.

Полоса захвата - это максимально возможная расстройка частоты гетеродина под воздействием дестабилизирующих факторов, когда система АПЧ уже работает, если в предыдущие моменты времени она также находилась в нерабочем состоянии.

Нерабочее состояние: 1) система АПЧ выключена

2) очень большая расстройка частоты гетеродина

Наличие нелинейного режима системы АПЧ обуславливает некоторые особенности эксплуатации радио приёмного устройства. Рассмотрим процесс перестройки приемника с одной рабочей частоты на другую.

Пусть точка f_Г1 соответствует настройке приемника на какую-то рабочую частоту.

Как только расстройка частоты гетеродина превысит П_УД(полоса удержания), происходит скачкообразное изменение частоты гетеродина и она принимает значение f_Г3’. Если рядом с этой точкой расположена настройка приёмника f_Г3, которая соответствует частоте полезного сигнала f_С3, то произойдёт захват частоты гетеродина и приёмник настроится на частоту сигнала f_С3. Настройка приёмника “перепрыгнет” через требуемую частоту f_С3.

Для осуществления правильной настройки необходимо сначала отключить АПЧ, затем перестроить приёмник до нужной частоты, и затем включить АПЧ.