Содержание отчета

1. Наименование и цель лабораторной работы.

2. Функциональная схема цифрового синтезатора частоты с ФАП.

3. Осциллограммы и спектры сигналов в контрольных точках в режиме генерирования немодулированных колебаний.

4. Таблицы и графики результатов исследования настроечной характеристики СЧ.

5. Результаты измерения полосы удержания.

6. Таблицы и графики результатов исследования нестабильности частоты синтезатора.

7. Осциллограммы и спектры сигналов в контрольных точках в различных режимах работы синтезатора.

8. Выводы по результатам работы.

Контрольные вопросы

1. Каковы достоинства и недостатки активных методов синтеза?

2. Чем обусловлена большая длительность переходных процессов в СЧ косвенного типа?

3. От чего зависит величина шага сетки частот? Какими способами можно уменьшить шаг сетки?

4. Изобразить схему и объяснить принцип работы:

а) аналогового синтезатора частоты косвенного типа с одним кольцом ФАП;

б) цифрового СЧ косвенного типа с одним кольцом ФАП;

в) цифрового СЧ косвенного типа с двумя (тремя) кольцами ФАП.

Перечислить особенности данных схем, указать их достоинства и недостатки.

5. Изобразить схему и объяснить принцип работы:

а) аналогового фазового дискриминатора;

б) импульсно-фазового детектора;

в) цифрового частотно-фазового детектора.

6. Каковы критерии выбора параметров ФНЧ? Как частота среза и постоянная времени ФНЧ влияют на характеристики системы ФАП и СЧ?

7. Что представляют собой и как характеризуются синхронный, квазисинхронный и переходный режимы работы цифрового СЧ с ФАП?

8. Перечислить и описать возможные варианты переходных процессов в СЧ с ФАП. Привести соответствующие временные диаграммы изменения выходной частоты ГУН.

9. Что такое полосы захвата и удержания системы ФАП? Чем они отличаются? От чего зависят значения этих полос?

10. Почему при построении ССЧ отдается предпочтение фазовым детекторам, а не частотным?

3.12. Исследование частотной модуляциив цифровОм Синтезаторе частоты с фазовой автоподстройкой (Лабораторная работа №12)

Цель работы: изучить принципы формирования сигналов с угловой модуляцией в синтезаторах частоты; исследовать методы непрерывной и дискретной угловой модуляции в цифровом синтезаторе частоты с ФАП.

Основные теоретические сведения

Рекомендуется предварительно ознакомиться с основными теоретическими сведениями к лабораторным работам №7 «Исследование пассивного цифрового синтезатора сетки частот с потоками двухуровневых импульсов» (с. 78-79) и №11 «Исследование цифрового синтезатора частоты с фазовой автоподстройкой» (с. 101-108).

Способы формирования информационного сигнала в синтезаторах

Амплитудная модуляция и манипуляция, различные виды однополосной модуляции осуществляются в формирователе информационного сигнала (ФИС), не входящем в состав синтезатора сетки частот. Угловая (фазовая или частотная) модуляция или манипуляция, наоборот, как правило, осуществляется в тракте ССЧ. Известные устройства для осуществления ФМ или ЧМ обычно обладают высокой линейностью модуляционных характеристик лишь при малых индексах модуляции и малой девиации частоты. Для получения больших индексов модуляции и девиации частоты используют последующее умножение частоты. Осуществление УМ в тракте цифрового ССЧ, являющегося умножителем эталонной частоты f_Э, позволяет сразу непосредственно получить требуемую глубину модуляции. Угловая модуляция в этом случае не сопровождается изменением номинального значения несущей частоты.

Модулирующее напряжение в зависимости от конкретного способа осуществления модуляции можно подавать на РЭ, на отдельный фазовый модулятор, включаемый перед ФД в цепи подачи опорного колебания (в этом случае удается реализовать значения индекса модуляции, существенно превышающие 1), или одновременно на РЭ и ФМ.

Соотношение

определяет коэффициент преобразования амплитуды низкочастотного квазигармонического напряжения U_УПР на входе РЭ в изменение фазы (индекс модуляции) выходного колебания _ВЫХ. При этом амплитуда отклонения (девиация) частоты выходного колебания составит

.

Из последнего соотношения следует, что при

,

где _min – минимальная частота модулирующего сигнала, можно считать _ВЫХ=U_УПРS_РЭ, т.е. имеет место практически неискаженная частотная модуляция. Иными словами, СМХ и АДМХ в этом случае обладают идеальной линейностью. Если же надо получить неискаженную фазовую модуляцию, то модулирующее напряжение U_УПР следует подавать на РЭ через дифференцирующую цепь (сравнить с выражениями (41), (42) и с формулами для и при ЧМ и ФМ, приведенными на с. 78-79).

Из выражения (50) (с. 103) видно, что при

,где _max – максимальная частота модулирующего сигнала, коэффициент отклонений фазы опорного колебания не зависит от . Следовательно, для получения практически неискаженной фазовой модуляции модулирующее напряжение U_УПР надо подавать на ФМ непосредственно, а для получения частотной модуляции — через интегрирующую цепь.

Подавая модулирующее напряжение одновременно на РЭ и ФМ, удается получить неискаженную угловую модуляцию, если

.

Простейший способ обеспечить частотное телеграфирование в пассивном цифровом синтезаторе состоит в том, чтобы поочередно формировать в ССЧ колебания с двумя частотами, смещенными на одинаковые интервалы относительно несущей частоты f_Н. Однако при таком решении переход с одной частоты на другую сопровождается разрывом фазы, что приводит к недопустимо большому уровню внеполосных составляющих в спектре выходного напряжения. Лучшим решением является использование ССЧ с кольцом ФАП с ДПКД, коэффициент деления которого изменяется в зависимости от того, какая из двух частот должна быть получена. Инерционность ГУН обеспечивает при этом отсутствие разрыва фазы, но из-за быстрого (почти скачкообразного) перехода с одной частоты на другую уровень внеполосных составляющих спектра, хотя и меньший, остается все еще недопустимо большим.

Дальнейшее снижение уровня внеполосных спектральных составляющих достигается ступенчатым переходом с одной частоты на другую. Такой многоступенчатый переход можно достаточно просто осуществить и с помощью кольца ФАП с ДПКД. Включение ФНЧ, сглаживающего фронты напряжения, поступающего с выхода ИФД, также позволяет снизить уровень импульсных составляющих. Однако при этом, как правило, увеличивается время смены рабочих частот синтезатора.

При фазовом телеграфировании частота колебаний, излучаемых передатчиком, как известно, не изменяется, а в соответствии с первичным сигналом изменяется их фаза, как правило, на . Простейший способ обеспечить изменение фазы выходных колебаний возбудителя на состоит в том, чтобы получить в формирователе информационного сигнала с помощью фазоинвертора два колебания с частотой f_ВЫХ, сдвинутых по фазе относительно друг друга на , и с помощью электронного ключа подавать на выход нужное из них. При этом изменение фазы происходит скачком, в результате чего уровень внеполосных спектральных составляющих значительно превышает допустимый. Для его снижения необходимо изменять фазу плавно. Устройство, плавно изменяющее фазу выходного колебания, может быть реализовано на основе ГУН, охваченного кольцом ФАП с ДПКД. Для получения при манипуляции линейного изменения начальной фазы за время фронта _Ф и время спада _С модулирующих импульсов надо так управлять коэффициентом деления ДПКД, чтобы на интервалах _Ф и _С частота ГУН равнялась соответственно f_ВЫХ+f₁ и f_ВЫХ-f₂, где f₁=1/(2_Ф) и f₂=1/(2_С), а во все остальное время – f_ВЫХ. Однако, поскольку синхронизация колебаний ГУН с колебаниями опорного генератора осуществляется в кольце ФАП с точностью до малых отклонений фазы, ее изменение, достигнутое на интервалах _Ф и _С после короткого переходного процесса будет устранено, и начальная фаза вновь установится такой же, как и до начала формирования фронта или спада.

Преодолеть отмеченное затруднение можно, изменяя фазу выходного колебания ГУН на интервалах _Ф и _С не на , а на 2 с последующим делением частоты сигнала на выходе ССЧ на 2. В результате будет сформировано колебание с частотой вдвое ниже частоты ГУН и с изменением фазы на интервалах _Ф и _С на . Фазу колебания во время фронта и спада, как и ранее, можно менять соответствующей установкой коэффициента деления ДПКД на время _Ф и _С.

Литература для самостоятельной подготовки: [1; 4, гл. 4.6; 5(7), гл. 24; 8].