Содержание отчета

1. Наименование и цель работы.

2. Структурную схему, краткое описание принципов работы исследуемой системы ЧАПЧ.

3. Результаты измерения где при разомкнутой петле обратной связи (таблица и график).

4. Результаты измерения при замкнутой петле обратной связи для различных значений коэффициента усиления K_U.

4.1. Для фильтра низкой частоты первого порядка (таблицы и графики).

5. Результаты измерения остаточной расстройки и при =10 кГц.

6. Результаты измерения времени установления процесса втягивания частоты и осциллограммы напряжений на выходе частотного детектора.

7. Анализ полученных результатов.

7.1. Объяснить причину появления петли гистерезиса при коэффициентах усиления K_U > 1.

7.2. Объяснить отличие формы зависимости для различных значений коэффициента усиления K_U.

7.3. Сравнить результаты экспериментального измерения остаточной расстройки и теоретического расчёта для различных значений коэффициента усиления K_U.

8. Объяснить характер изменения напряжения на выходе ЧД на осциллограммах при исследовании переходного процесса в петле автоматической подстройки. Проанализировать изменение формы этого напряжения в зависимости от порядка ФНЧ и коэффициента усиления K_U.

Контрольные вопросы

1. Каково назначение системы частотной автоподстройки частоты в УПиОС?

2. Каковы основные характеристики системы ЧАПЧ?

3. Что представляет собой структурная схема системы ЧАПЧ?

4. Каково назначение фильтра низкой частоты и усилителя в петле автоматической подстройки?

5. Как формулируется основное дифференциальное уравнение?

6. Как объяснить вид зависимости расстройки частоты на выходе УПЧ от расстройки частоты входного сигнала?

7. Как пояснить наличие гистерезиса в зависимости ?

8. Чем определяется «полоса удержания» и «полоса втягивания» системы ЧАПЧ?

9. Какие преимущества даёт использование ФНЧ более высоких порядков?

10. Как объяснить зависимость остаточной расстройки от коэффициента усиления?

7. Фазовая автоподстройка

ЧАСТОТЫ

7.1. Общие сведения

Системой фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) называется система автоматического регулирования, обеспечивающая автоматическое регулирование частоты управляемого генератора в устройствах приема и обработки сигналов в соответствии с частотой входного сигнала и использующая в качестве измерительного элемента фазовый детектор.

Системы ФАПЧ используются для подстройки частоты гетеродина в супергетеродинных радиоприемных устройствах, выделения несущей частоты в демодуляторах систем передачи сообщений при реализации когерентного приема сигналов, измерения частоты с помощью узкополосных следящих фильтров при формировании высокостабильных колебаний в синтезаторах частот различных радиотехнических устройств и т. д. Системы ФАПЧ могут быть реализованы в аналоговом и цифровом виде.

Особенностью системы ФАПЧ (находящейся в состоянии синхронизации) является нулевая статическая ошибка по частоте, т. е. равенство частот колебаний подстраиваемого генератора (гетеродина) u_г(t) = U_г cos_гt и эталонного (входного) колебания u_c(t) = U_ccos_сt. Вместе с тем в электронных системах ФАПЧ существует статическая ошибка регулирования по фазе, т. е. статическое отличие фаз колебаний подстраиваемого генератора, управляемого напряжением (гУН), и эталонного сигнала. Системы ФАПЧ обычно имеют сравнительно узкий диапазон начальных расстроек, в котором они осуществляют подстраивающее действие. При анализе работы системы ФАПЧ рассматривают режимы удержания и захвата.

Режимом удержания называется установившийся режим равенства частот ω_с = ω_г, соответствующий эффективной работе системы ФАПЧ при медленных изменениях начальной расстройки. При этом имеются в виду изменения, скорость которых много меньше скорости переходных процессов в системе.

Режимом захвата называется процесс, возникающий при скачкообразном изменении начальной расстройки и заканчивающийся установлением режима удержания. Характерным различием этих режимов является то, что в режиме захвата существенную роль играют переходные процессы.

Основными характеристиками систем ФАПЧ являются следующие:

• полоса удержания ΔΩ_у – область начальных расстроек ГУН, внутри которой система ФАПЧ эффективно работает в режиме удержания;

• полоса захвата ΔΩ_з – область начальных расстроек ГУН, внутри которой система ФАПЧ эффективно работает в режиме захвата;

• время захвата t_з – время перехода системы ФАПЧ в режим синхронизации, существенно зависящее от значения начальной расстройки между частотой входного колебания и частотой колебания ГУН.