10.4.4 Регулировочные характеристики

Систему гетеродин-управляющее устройство принято описывать регулировочной характеристикой f_г(U_р), являющейся зависимостью частоты генерируемых колебаний от регулирующего напряжения в статическом режиме.

При анализе процессов в системе АПЧ регулировочную характеристику обычно линеаризуют и характеризуют ее крутизной регулировочной характеристики:

(10.28)

Иногда вместо абсолютного значения частоты берут или , где f_э - эталонное значение частоты.

Любые действия на частоту f_г отличные от воздействия U_р, перемещают регулировочную характеристику вдоль оси частот, вызывая начальную расстройку гетеродина f_г (смещенная регулировочная характеристика показана на рисунке пунктирной линией).

Для нормальной работы системы АПЧ (для уменьшения ошибки настройки) необходимо обеспечить согласование по знаку крутизны частотного детектора S_чд и крутизны регулировочной характеристики. Для систем абсолютной частоты и промежуточной при необходимо, чтобы знаки S_чд и S_г были противоположными, т.е. . Для систем промежуточной частоты при наоборот требуется, чтобы (знаки одинаковы).

Фильтры системы АПЧ в основном аналогичны фильтрам системы АРУ. Чаще всего используются однозвенные RC-фильтры нижних частот.

10.4.5 Переходные процессы в системах апч

и стационарный режим

Так же как и системе АРУ время установления _У определяется следующим образом:

(10.29)

где - постоянная времени системы АПЧ, K_апч = S_чд S_г - коэффициент обратной связи.

Как видно из приведенных формул, здесь также как и для системы АРУ эквивалентная постоянная времени системы в (1+K_апч) раз меньше постоянной времени RC-фильтра.

Остановимся на графическом анализе систем АПЧ при больших расстройках по частоте. Для этого объединим в одной системе координат f, U_чд детекторную характеристику частотного детектора и регулировочную характеристику гетеродина.

При этом учтем, что в стационарном режиме (dU_p/dt =0) U_р=U_чд.

Предположим, что в начальный момент времени имелась начальная расстройка f_нач между частотой гетеродина и f_{г ном}. При этом эта начальная расстройка сохранялась бы, если система АПЧ была отключена (U_p=0).

При включении системы АПЧ при данной расстройке напряжение на выходе частотного детектора не равно нулю, что приведет к изменению частоты гетеродина под действием управляющего сигнала, связанного с появлением напряжения на выходе частотного детектора.

В результате этого система перейдет в установившийся режим, соответствующий точке а на графике, т.к. только в этой точке напряжение на выходе частотного детектора равно напряжению регулирования. Из рисунка видно, что под действием системы АПЧ расстройка гетеродина относительно номинального значения этой частоты уменьшилась до величины f_апч. Оценим, во сколько раз произошло уменьшение начальной расстройки f_нач под действием системы АПЧ.

Для этого рассмотрим треугольники оас и асв. Из этих треугольников следует, что:

(10.30)

Учитывая, что ос=f_апч, св=f_нач - f_апч, из последней системы уравнений получим:

(10.31)

Таким образом, система АПЧ уменьшает начальную расстройку по частоте к (1+К_апч) раз.

Построим регулировочную характеристику системы АПЧ, под которой понимается зависимость расстройки по частоте при включенной системе АПЧ к начальной расстройке при отключенной системе АПЧ, т.е. зависимость вида .

Для этого проведем ряд регулировочных характеристик при различных начальных расстройках. Для каждой из кривых найдем равновесную точку а, как точку пересечения кривых частотного детектора и регулировочной характеристики. Затем определяем значения и и переносим их в другую систему координат. На участке характеристики ЧД 01 каждому значению начальной настройки соответствует одно значение . На участке 1-2 каждому значению начальной расстройки гетеродина соответствует три точки пересечения с частотной характеристикой ЧД.

На этом участке регулировочной характеристики наблюдается неустойчивый режим, так как возможны два устойчивых значения f_апч. Если изменять частоту расстройки от нулевого значения в сторону увеличения то уменьшение расстройки по частоте будет наблюдаться до точки 2. И при превышении частоты расстройки за точку 2 произойдет скачкообразное изменение частоты расстройки при включенной системе АПЧ. Для точки 2' справедливо, что автома

Поэтому точка 2 характеризует нам область удержания системы АПЧ.

В том случае, если частота настройки гетеродина изменялась от больших значений расстройки, то до точки 1' система АПЧ не уменьшает начальной расстройки по частоте. В точке 1' происходит скачкообразное уменьшение расстройки f_апч, т.е. происходит как бы включение системы АПЧ. Поэтому граница в точке 1 характеризует нам область втягивания.

Различие областей втягивания и удержания обусловлено специфической формой скатов детекторной характеристики. Чем выше линейность скатов этой характеристики, тем меньше отличие областей втягивания и удержания.

Надежность работы системы АПЧ обеспечивается только в пределах области втягивания. При выходе начальной расстройки за ее пределы в большинстве случаев требуется вмешательство оператора (ручная подстройка гетеродина в пределах области втягивания) или переход системы АПЧ в режим автоматического поиска по частоте.