10.3 Автоматическая подстройка частоты (апч)

АПЧ – четырехполюсник

Назначение. АПЧ обеспечивает автоматическую стабилизацию промежуточной частоты РПУ при ее отклонении от номинала из-за изменения установленной частоты РПДУ, гетеродина и настройки полосовых фильтров ТПЧ радиоприемника.

∆f_пр= f_{пр.норм} = Ψ (∆f_РПДУ ∆f_г ∆f_{кк РПУ}).

Критерий функционирования. При имитации отклонения несущей частоты РС от номинала с помощью ГВЧ, выходное напряжение сигнала сохраняется стабильным.

U_{вых с} = Ψ(∆f_РПДУ)=Const.

Решаемые задачи.

• Обеспечение безпоисковой и безподстроечной связи.

• Повышение помехозащищенности:

• Необходимая полоса пропускания радиоприемника без АПЧ (рис.36, а)

• Полоса пропускания радиоприемника с АПЧ (рис.36, б)

Обобщенная структурная схема.(рис.36,в).

• Структурные звенья АПЧ

Р – различитель формирует постоянное управляющее напряжение, значение и знак которого определяется отклонением промежуточной частоты от номинала

∆U_УПР=Ψ( ∆f_пр)

У – управитель изменяет частоту гетеродина в зависимости от значения и знака управляющего напряжения, при котором значения номинальной промежуточной частоты стабилизируется.

∆ f_Г=Ψ( ∆U_УПР)→↨f_пр→↨∆f_пр→0

• УПЧ –возбудитель.

• Колебательный контур Г-потребитель.

Характеристики и показатели. Критерии работоспособности.

• Характеристики различителя и управителя (рис.36, е).

• Коэффициент автоподстройки показывает во сколько раз АПЧ радиоприемника уменьшает первоначальную расстройку.

К_АПЧ = ∆f_{пр. нач} / ∆f_{пр. ост}= 1 + (S_p* S_y ) ≥ К_{АПЧ норм}

S_p=tgβ, S_y=tgα

• Полоса захвата (схватывания) АПЧ (2∆f_зах) - область начальных расстроек ∆f_нач при которых система после включения приходит к остаточной расстройке f _ост.

Графически полоса схватывания определяется удвоенным отрезком на оси расстроек характеристики различителя (Р), который отсекается внутренней касательной к ней (2).

2 ∆f_зах ≥ μ (2∆f_РПДУ+2∆f_Г)≥ 2∆f_{зах.норм}

• Полоса удержания АПЧ (2∆f_уд) - область начальных расстроек ∆f_нач , при которых система АПЧ в процессе работы сохраняет остаточную расстройку ∆f_ост.

Определяется отрезком на оси расстроек характеристики различителя, который отсекается внешней касательной к ней (3).

2∆f_УД>2∆f_вах

Варианты АПЧ.

• По структурной схеме различителя различают:

• частотную АПЧ(ЧДПЧ), в состав которой входит ЧАД с частотным преобразователем (ЧАДЧ) и ФНЧ (рис. 36, г);

• фазовую АПЧ (ФАПЧ), в состав которой входит ЧАД с фазовым преобразователем (ЧАДФ), ФНЧ и опорный генератор (ОГ), настроенный на промежуточную частоту f_ОГ = f_{ПР норм} (рис. 36, д).

• По виду исполнительного элемента управителя: на варикапе, транзисторе и конденсаторе переменной емкости, который управляется двигателем.

• По элементной базе на дискретных элементах или микросхеме.

• Наименование АПЧ. В состав информации входит назначение устройства (АПЧ) и его элементы классификации.

ЧАСТОТНАЯ АПЧ С ВАРИКАПОМ НА ДИСКРЕТНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ.

(базовый вариант)

Структура схемы, (рис. 37, а).

• Структурные звенья АПЧ (рис. 36, г).

• Различитель содержит два функциональных звена:

1. балансный ЧАД с частотным преобразователей

2. (L₁ C₁, VD₁, R_Ф1 C_Ф1, VD₂, R_Ф2 C_Ф2 )

3. фильтр нижних частот (R_Ф C_Ф).

• Управитель включает два встречно включенных варикапа .( VD3, VD₄).

• Возбудитель - УПЧ:

• Нагрузка – колебательный контур (L, C_пар, C_посл С, R_доб, R'_Ф C'_Ф, R _f, E, VD₃, VD₄) гетеродина, частота которого регулируется с помощью варикапов (VD₃, VD₄), путем изменения смещения потенциометром R_f.

Проверка технического состояния АПЧ осуществляется ь лабораторных условиях по разработанной технологии в соответствии с критериями П2,5 АПЧ-четырехполюсник.

Анализ состояния функционирования АПЧ.

• Принцип стабилизации промежуточной частоты.

• Исходный режим f_пр=f_{пр.норм} (∆f_пр=f_пр- f_{пр.норм}=0):

1. напряжение на выходе управителя равно нулю (U_св=0);

2. к диодам VD₃, VD4 приложено номинальное напряжение смещения от Е через R_f,

3. гетеродин формирует электрические колебания, которые с несущим колебанием радиосигнала, в составе сместителя, образует напряжение сигнала на номинальной промежуточной частоте:

f_г- f_с= f_{пр.норм}= f _{0 ТПЧ.}

• Динамика процесса стабилизации частоты:

1. под влиянием дестабилизирующих факторов изменяется значение несущей частоты РПДУ (↨f_c) и частота колебаний гетеродина РПУ (↨f_г) относительно первоначально установленной частоты;

2. сформированная промежуточная частота отклоняется от номинальной по значению F_г - f_с= f_пр f_{пр.норм};

3. управитель формирует управляющее напряжение, значение и знак которого пропорционально отклонению промежуточной частоты от номинала

∆U_УПР= ∆U_сф=Ψ( ∆f_пр)

- варикапы VD₃ и VD₄ изменяют значение емкости за счет регулировки смещения, связанного с добавочным напряжением;

- изменяется частота настройки контура Г, поэтому регулируется частота колебаний Г, благодаря этому ↓∆f_г→↓∆f_пр→∆f _ОСТ

• Критерии функционирования звеньев.

• Различитель: ∆U_УПР= Ψ( ∆f_пр).

• Управитель: ∆f_г=Ψ( ∆f_пр)→↓∆f_пр→∆f _ОСТ.

• Алгоритм поиска отказавшего звена.

• АПЧ в состоянии отказа: ∆U_{вых с}=Ψ(∆f_с).

• Последовательность операций:

Р[∆U_УПР= Ψ(∆f_с) 0]→да

→нет→восст. функц.→У[∆f_г =Ψ(∆U_УПР) 0]→да

→нет→восст .функц.

Свойства АПЧ. Частотная АПЧ имеет характеристику различителя с малой крутизной, широкую полосу захвата и значительное значение ∆f _ост.

Применение. В состав двухканальной АПЧ выполняет функцию поиска частоты f_с в РПУ МВ, ДМВ и СМВ.

ФАЗОВАЯ АПЧ С ВАРИКАПОМ НА ДИСКРЕТНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ

Структура схемы (рис.37, б).

• Структурные звенья АПЧ (рис.37, д).

• Различитель содержит три функциональных звена:

1. балансный ЧАД с фазовым преобразователем (L₁ C₁, VD₁, R_Ф1 C_Ф1, VD₂, R_Ф2 C_Ф2);

86. фильтр нижних частот (R_Ф C_Ф);

87. опорный автогенератор с кварцевой стабилизацией номинальной промежуточной частоты, подключенный к общему участку цепи двухтактного АД через Т.

• Управитель имеет в своем составе два встречно включенных варикапа ( VD3, VD4).

• Возбудитель – УПЧ.

• Нагрузка – колебательный контур(L, C_пар, C_посл С, R_доб, R'_Ф C'_Ф, R _f, E, VD₃, VD₄).

Проверка технического состояния, анализ состояния функционирования рассмотрены при изучении ЧАПЧ.

Сопоставление свойств с ЧАПЧ.

ФАПЧ имеет характеристику с большой крутизной, обеспечивает подстройку с большей точностью но с меньшей полосой захвата.

Применение. В составе двухканальной АПЧ, обеспечивает подстройку гетеродина с высокой точностью на этапе слежения.

МИКРОМИНИАТЮРИЗАЦИЯ АПЧ

АПЧ любого варианта можно выполнить на основе микросхемы, в состав которого входит смеситель, гетеродин и УПЧ (К174ХА2).

Лекция № 11

Тема лекции: