28. Замкнутые следящие системы. Система фазовой автоподстройки частоты. Дифференциальное уравнение системы фапч. Применение в системах передачи данных.

По принципу регулирования системы радиоавтоматики разделяют на замкнутые системы, в которых регулируется принцип регулирования по отклонению, и разомкнутые системы, в которых реализуется принцип регулирования по возмущению.

Пример замкнутых систем:

1)Системы автоматического определения направления на источник радиоволн(АСН).

Широко используются в радиолокации.

2)Системы автоматического слежения за частотой и фазой радиосигнала (системы АПЧ и ФАП). Системы АПЧ применяются в радиоприемных устройствах с целью поддержания постоянной промежуточной частоты сигнала и в качестве демодуляторов частотно-моделированных колебаний; используются для стабилизации частоты генерируемых колебаний и в качестве узкополосных перестраиваемых по частоте фильтров. Системы ФАП используются для тех же целей, что и АПЧ, но отличаются тем, что обеспечивают подстройку не только по частоте, но и по фазе колебаний.

Системой фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) называют систему, содержащую генератор колебаний, полная фаза которого автоматически подстраивается под полную фазу входного колебания, либо отклоняется от нее по требуемому закону. Такие системы находят широкое применение в различных областях науки и техники. Их используют, например, для: – определения частоты и начальной фазы принимаемого гармонического сигнала или несущего колебания модулированного радиосигнала, – демодуляции (детектирования) частотно-, фазо-, амплитудно-, балансно- модулированных (ЧМ, ФМ, АМ, БМ) сигналов.

Система ФАПЧ работает следующим образом: Выходной сигнал фазового детектора определяет разность фаз φ_г- φ_с .Сигнал ошибки фильтруется ФНЧ, усиливается и подается на управляющий вход ГУН с таким знаком, чтобы изменить частоту ГУН в нужную сторону с целью поддержания разности фаз ГУН и входного сигнала постоянной.

2 режима работы:

1)при постоянной частоте входного сигнала(используется для очистки сигнала от шума)

2)при переменной частоте

ДУ системы ФАПЧ

Составим ду относительно разности фаз фи= φ_г- φ_с

Сигнал на выходе фазового детектора:

ΔS=F(фи)

S_упр= ΔS*K(p)

Под действием S_упр частота ГУН изменяется следующим образом:

Δw_р=Q* S_упр=Q *F(фи)* K(p) , где Δw_р- расстройка частоты

w_г= w₀ –Δw

При этом ДУ становится - Q *F(фи)* K(p)=w_р- Q *F(фи)* K(p)

29. Анализ системы фапч без фильтра. Устойчивое и неустойчивое равновесие системы. Работа системы фапч в режиме захвата (слежения). Свойства и характеристики системы фапч.

Анализ простейшей системы ФАПЧ без фильтра.

При отсутствии расстройки w_p в системе устанавливается равновесие. С увеличением w_p>0 вся кривая поднимается и точка установления равновесия смещается вправо в системе продолжается оставаться равновесие

QE= w_pmax

Система ФАПЧ имеет два режима работы: линейный (режим слежения за фазой входного сигнала) и нелинейный (режим биений). Линейный режим возможен в пределах некоторой полосы входных частот, симметричной относительно номинальной частоты ГУН (при нулевом управляющем напряжении). Полоса частот, в которой при любых начальных условиях система переходит в линейный режим, называется полосой захвата системы ФАПЧ. Полоса частот, в которой после захвата фазы система продолжает находиться в линейном режиме, называется полосой удержания системы ФАПЧ. Полоса удержания всегда больше или равна полосе захвата. Ширина полосы захвата и удержания прямопропорционально зависит от общего коэффициента усиления сигнала в замкнутой системе ФАПЧ, который определяется крутизной управляющей характеристики ГУН, крутизной дискриминационной характеристики ФД.

Рассмотрим работу режима ФАПЧ- слежения.

для малых углов.

Тогда малое отклонение фазы или частоты. F(φ)=Esinφ=Eφ

В режиме слежения система работает при малом отклонении фазы и частоты(работает в линейной части характеристики)

Вывод: система Фапч по отношению к фазе входного сигнала ведет себя как ФНЧ с частотой среза . Медленное изменение входного частоты сопровождается аналогичным медленным изменением частоты ГУН. Быстрые изменения, а также шумы, высокочастотные помехи не передаются.

Если входной гармонический сигнал содержит аддитивный шум, то система ФАПЧ ведет себя как полосовой фильтр с полосой пропускания, близкой к полосе захвата. При этом выходной сигнал ГУН является копией входного сигнала, очищенной от шума. Наличие шума во входном сигнале приводит к уменьшению эффективной крутизны дискриминационной характеристики ФД, а следовательно, к уменьшению полос захвата и удержания системы ФАПЧ в целом.