Радиоприемные устройства

5.2. Система автоматической регулировки усиления

тельного усилителя и компенсации дестабилизирующих воздействий, ведущих к изменению напряжения Ерег (рис. 87, б) [39].

Рис. 87. Амплитудные характеристики систем АРУ (а) и характер изменения коэффициента передачи ЛТПР (б)

Структурная схема АРУ «Назад» (рис. 86, б). Отличительной особенностью системы АРУ «Назад от АРУ «Вперед» является формирование регулирующего напряжения Ерег., которое получают на выходе ЛТПР. После детектора АРУ и ФНЧ сигнал управления подается на регулируемый усилитель линейного тракта приемника. Недостатком АРУ является то, что реализация идеальной работы системы невозможна из-за того, что при отсутствии изменения на выходе ЛТПР регулирующее напряжение Ерег. = const, то и K0 = const, регулировка отсутствует, а значит, система не будет работать.

Структурная схема комбинированной системы АРУ (рис. 86, в). Данная система использует преимущества систем АРУ «Вперед» и «Назад». Основная регулировка усиления осуществляется в ЛТПР 1, содержащий несколько регулируемых каскадов, а каскад усиления в ЛТПР 2 реализует идеальную характеристику регулирования (рис. 87).

Структурная схема бесшумной АРУ (рис. 86, г). Система АРУ с задержкой обеспечивает максимальное усиление слабого сигнала. Это приводит к увеличению шумового напряжения на выходе приемника. Для устранения данного недостатка вводят дополнительную бесшумную регулировку (БШР), порог срабатывания которого определяется

условием соотношения Ерег. и заданного значения ЕЗ. Если Ерег. < ЕЗ, то УНЧ отключается, если Ерег. > ЕЗ — включается.

На практике наибольшее распространение получили инерционные системы АРУ с обратной связью (рис. 88). Эффект стабилизации уровня достигается за счет того, что с ростом уровня uвых увеличивается

-141-

ГЛАВА 5. РУЧНЫЕ И АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛИРОВКИ...

Зависимость F(Dω) называют дискриминационной характеристикой (рис. 91). При малых значениях Dω дискриминационная характеристика линейна, и выражение (5.10) принимает вид:

где kчд — коэффициент передачи ЧД (крутизна детекторной характеристики).

Рис. 91. Дискриминационная характеристика частотного детектора

Под действием напряжения, снимаемого с фильтра, частота гетеродина перестаивается на:

где Kг — коэффициент передачи управителя гетеродина (УГ).

Из выражений (5.9), (5.11) и (5.12) следует, что ошибка регулирования промежуточной частоты в системе АПЧ может быть определена как:

где K = Kчд Kф Kг — коэффициент передачи системы АПЧ.

Принцип работы системы АПЧ радиоприемного устройства показан на рис. 92.

Процесс работы системы АПЧ в режимах полосы захвата и удержания при перестройке гетеродина «вверх» по частоте. При условии большой отстройке приемника от центральной частоты система АПЧ находилась первоначально в устойчивом состоянии (кривая характеристики управителя имеет одно пересечение с детекторной

-146-

5.4. Система фазовой автоподстройки частоты

характеристикой). При уменьшении отстройки приемника возникает неустойчивость работы системы АПЧ (кривая характеристики управителя имеет два или три пересечения с детекторной характеристикой до точки 1). При уменьшении отстройки система АПЧ переходит

вустойчивый режим захвата (кривая управителя переходит из точки 1

вточку 2), а при дальнейшей перестройке (до точки 3) система АПЧ удерживает настройку, характеризуя полосу удержания. Значение частот, обеспечивающее режим захвата, называют полосой захвата (1–1/). При дальнейшей перестройке приемника (частоты гетеродина) система обеспечивает устойчивую настройку (точка 3), а настройка принимает значение точки 4.

Управитель uчд, uупр

АЧХ приемника

ФЧХ ЧМ-детектора

5.4. СИСТеМа ФаЗОвОЙ авТОПОДСТРОЙКИ ЧаСТОТЫ

Системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) применяются в радиоприемных устройствах, перестраиваемых по частоте, генераторах высокостабильных колебаний, и других устройствах. Структурная схема системы ФАПЧ предназначена для стабилизации частоты подстраиваемого генератора (ПГ) по сигналу эталонного генератора (ЭГ) (рис. 93).

-147-

ГЛАВА 5. РУЧНЫЕ И АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛИРОВКИ...

Рис. 93. Структурная схема системы ФАПЧ

Объектом управления в системе ФАПЧ является ПГ, частота колебаний (или фаза) и напряжение которого изменяется в зависимости от напряжения, вырабатываемого управляющим элементом (УЭ), при этом напряжение ПГ остается неизменным. Частота напряжения ПГ является выходным сигналом системы ФАПЧ, на которую действует напряжение от эталонного генератора с частотой ωэ. Этот сигнал является управляющим воздействием. Измерителем рассогласования является фазовый детектор (ФД), выходной сигнал которого является нелинейной периодической функцией разности фаз сигналов, подаваемых от ЭГ и ПГ. Сигнал с ФД через ФНЧ подается на УЭ, который перестраивает частоту ПГ, приближая к частоте ЭГ. В установившемся режиме в системе устанавливается постоянная разность фаз между напряжениями uэ и uг, при этом напряжение на выходе ФД также будет постоянным, в результате чего частота сигнала с ПГ окажется равной частоте сигнала ЭГ.

Начальное рассогласование от ЭГ и ПГ определяется как:

Частотная составляющая ωгу возникает из-за перестройки частоты ПГ и определяется выражением:

где kг — коэффициент передачи ПГ по частоте; kуэ — коэффициент передачи УЭ; kд — коэффициент передачи ФД, равный максимальному

-148-

5.4. Система фазовой автоподстройки частоты

напряжению на выходе ФД; ϕ — разность фаз напряжений ЭГ и ПГ; F(ϕ) — дискриминационная характеристика.

Важным параметром систем ФАПЧ является величина полосы захвата. Под полосой захвата понимается диапазон первоначальных расстроек между частотами сигнала и подстраиваемого генератора, в пределах которого обеспечивается переход к режиму слежения за частотой.

Для оценки максимально допустимого рассогласования используется полоса удержания, определяемая выражением

результат имеет размерность круговой частоты. С учетом (5.16) и (5.17) частота ПГ может быть определена по следующей формуле:

Разность фаз сигналов ЭГ и ПГ определяется выражением:

Отличие структурной схемы системы ФАПЧ от системы АПЧ состоит в наличии интегрирующего звена ∫, с передаточной функцией W = 1 / p, производящего операцию интегрирования (рис. 94).

ωг

Рис. 94. Особенность структурной схемы ФАПЧ

Интегрирующее звено и возмущающее воздействие n(t) учитывают влияние на качество работы системы флуктуационной состав-

-149-

ГЛАВА 5. РУЧНЫЕ И АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛИРОВКИ...

ляющей напряжения, а воздействие dwг — влияние нестабильности частоты ПГ.

Анализ показателей качества, расчет устойчивости работы и оптимизации системы управления радиоприемных устройств более подробной изложены и представлены в [39; 50].

5.5. ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ АВТОМАТИЧЕСКИХ РЕГУЛИРОВОК В РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВАХ

Основными автоматическими системами регулирования в радиоприемных устройствах являются АРУ, АПЧ, ФАПЧ. Безусловно, после этапа проектирования радиоприемника возникает проблема обоснования необходимости использования автоматических регулировок и обеспечения устойчивости его работы в условиях дестабилизирующих факторов и воздействий. Для решения данной задачи необходимы: разработка структурной схемы радиоприемного устройства; идентификация узлов приемника типовыми радиотехническими звеньями (ТРЗ); определение передаточных функций типовых узлов; составление дифференциального характеристического уравнения системы и расчет устойчивости работы системы радиоавтоматики.

Для упрощения процедуры идентификации узлов и элементов радиоприемных устройств, определения их передаточных функций, можно воспользоваться данными таблицы (табл. 17).

На практике типовые узлы приемных устройств идентифицируются по виду АЧХ и ФЧХ, определяя коэффициент усиления, наклон логарифмической АЧХ и постоянную времени ТРЗ и затем производится расчет структурной схемы параметров автоматической системы [39].

По результатам расчета и исследования устойчивости радиоприемного устройства, при необходимости, производится корректировка параметров основных узлов систем радиоавтоматики с целью оптимизации структуры управления. Корректировке подвергаются те типовые радиотехническиезвенья,которыеотвечаютзаточностьработысистемы радиоавтоматики. К таким звеньям следует отнести: детектор системы автоматики (для случая раздельного детектирования), фильтр низких частот системы автоматики (коэффициент усиления безынерционного звена, постоянная времени цепи), управитель (крутизна регулирования, постоянная времени). Элементы и узлы, отвечающие за полосу обработки информационного сигнала, корректировке не подвергаются.

-150-