книги из ГПНТБ / Шляпоберский В.И. Элементы дискретных систем связи

В тех случаях, когда преобразуется каждая граница принимав* мых импульсов, система корректирования носит название двух­ полюсной (биполярной).

В однополюсных (униполярных) системах корректирования на вход ФД подаются импульсы, полученные в результате преобразо­ вания только одной из границ принимаемых импульсов (перехода от состояния «О» к состоянию «1» или наоборот).

По частоте измерения величины рассогласования фаз системы корректирования разделяются на системы корректирования спе­ циальными импульсами и системы корректирования рабочими (ко­ довыми) импульсами. В системах корректирования рабочими им-

н о й ф о р м е к о л е б а н и й м е с т н о г о г е н е р а т о р а :

а — отставание; б — опережение

пульсами смещение по фазе может измеряться при приеме всех ко­ довых импульсов или с целью уменьшения частоты корректирования при приеме только некоторой части импульсов из всего цикла пере­ дачи.

По способу управления объектом регулирования коррекционные устройства с непосредственным воздействием на генератор можно разделить на две группы:

— коррекционные устройства с плавным управлением, в кото­ рых управляющее устройство непрерывно воздействует на генератор, причем эффект воздействия пропорционален величине рассогласо­ вания фаз;

— коррекционные устройства с релейным управлением.

Вэтих системах эффект воздействия на генератор является ве­ личиной постоянной, не зависящей от величины рассогласования.

Всвою очередь коррекционные устройства с релейным управле­ нием делятся на двухпозиционные и трехпозиционные.

Коррекционные устройства с дискретным управлением по степени воздействия на фазу местного генератора делятся на коррекционные устройства с постоянным коррекционным эффектом и коррекцион­ ные устройства с переменным коррекционным эффектом.

Рассмотрим более подробно особенности построения различных коррекционных устройств синхронных систем.

160

§ 30. КОРРЕКЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА С НЕПОСРЕДСТВЕННЫМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ НА ГЕНЕРАТОР

Устройства с релейным управлением

Принцип работы двухпозиционных коррекционных устройств с релейным управлением можно пояснить, пользуясь блок-схемой рис. 130,о.

Основным элементом схемы является релейное управляющее устройство, имеющее два устойчивых состояния равновесия, бла­ годаря чему частота местного генератора приемника может прини­

зом. Предположим, что расхождение по фазе между генераторами приемника и передатчика равно нулю и якорь реле управляющего устройства находится у правого контакта. Вследствие того что / Б> / п генератор приемника будет постепенно в зависимости от

того, насколько д больше /ш опережать по фазе генератор пере­

датчика. Когда это опережение достигнет величины фд (рис. 130, б, точка 1 ), управляющее устройство под действием фазового дискри­ минатора сработает и якорь реле перейдет к левому контакту — частота генератора приема станет fA< /n. С этого момента генератор

приемника начнет отставать по фазе от генератора передатчика. Спустя некоторое время расхождение по фазе между ними станет равным .нулю (рис. 130,6, точка 2), а затем начнет увеличиваться. Как только генератор приемника отстанет по фазе на угол, боль­ ший срд, снова сработает управляющее устройство и его частота станет равной / Б (рис. 130,6, точка 3). Отставание по фазе пре­

кратится, и начнется опережение и т. д.

Коммутация направлений срабатывания управляющего устрой­ ства осуществляется посредством фазового дискриминатора, со­ стоящего из двух логических элементов И. Работа ФД происходит аналогично рассмотренному выше (рис. 129). Таким образом, в про­ цессе работы двухпозиционных систем коррекции непрерывно из­ меняется режим работы генератора приемника, чем и достигается поддержание синфазиости с точностью до величины <рд.

Так как генератор приемника может находиться или в режиме отставания (/л</п). или в режиме опережения (/Б > / п), то при пре­

кращении работы коррекционного устройства, например, вследст­ вие перерыва связи генераторы приемника и передатчика быстро разойдутся по фазе.

Величина погрешности синфазиости, а также время, в течение которого генераторы разойдутся по фазе с прекращением работы коррекционного устройства, в двухпозиционных системах зависят от относительной разности частот генераторов:

Обычно устанавливают К0тст= Копер= КП, причем по величине Кя должен быть не меньше удвоенной относительной нестабильности генераторов (Кэ^2/е).

Величина Кэ. характеризующая степень превышения частоты одного генератора по отношению к другому, а следовательно, бы­ строту исправления расхождения по фазе, называется коррекцион­ ным эффектом.

Трехпозиционная система коррекции в отличие от двухпозици­ онной имеет трехпозиционное управляющее устройство и соответст­ венно три режима работы генератора —/ 0, / А и / Б (рис. 131).

Зависимость между частотами генераторов приемника и пере­ датчика, при которой обеспечивается надежное корректирование, может быть записана посредством двух выражений:

/ а< / п< / б;

Наличие третьей частоты /о, которая при настройке схемы уста­ навливается равной частоте генератора передачи /п, позволяет соз­

162

генератора в зависимости от величины управляющего напря­ жения *.

Собственная частота генератора приема /о при выключенном фа­ зовом дискриминаторе (ФД) устанавливается равной частоте гене­ ратора передачи fu. Посредством управляющего устройства, которое чаще всего выполняется на лампе или полупроводниковом триоде (рис. 132,а), частота генератора приема в зависимости от напря­ жения, поступающего с выхода ФД, может изменяться как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. Если расхождение по фазе отсутствует (Uy~ 0), то частота генератора приема будет равна

Рис. 132. Коррекционное устройство с плавным управлением:

а — блок-схема; б — зависимость частоты генератора ( / р о т напряжения i / y

fa-fa. При наличии расхождения по фазе на выходе ФД появится управляющее напряжение Uy, величина которого будет пропорцио­ нальна углу рассогласования фаз. При опережении управляющее на­ пряжение будет положительной полярности, при отставании — отри­ цательной.

Управляющее напряжение Uy, попадая на вход лампы, изменяет режим ее работы, что в свою очередь приводит к уменьшению (Uy= + U') или к увеличению (t/y = —U') частоты генератора приема

(рис. 132,6).

Преимуществом систем с плавным управлением является высо­ кая точность поддержания синфазности, которая при правильно по­ добранном интегрирующем контуре может быть доведена до ±3%. от длительности элементарного импульса. В системах с плавным управлением обеспечивается более легкий режим работы корректи­ руемого генератора, чем в системах с релейным управлением.

Общими недостатками всех коррекционных устройств с непо­ средственным воздействием на генератор являются:

* Генератор приема, частота которого в процессе корректирования изме­ няется, иногда называют корректируемым генератором, а генератор передачи — корректирующим.

164

—снижение стабильности генератора примерно на порядок вследствие воздействия на один из его параметров;

—невозможность применения одного коррекционного устрой­ ства для синхронной системы, работающей с различными скоростями телеграфирования;

—невозможность использования одного генератора для работы ряда коррекционных устройств.

Широкое распространение синхронных систем выдвинуло ряд тре­ бований к коррекционным устройствам:

—высокую точность синфазности при работе по каналам с вы­ соким уровнем помех;

—малое время вхождения в фазу как при первоначальном вклю­ чении аппаратуры, так и после перерывов связи;

—сохранение синфазности при кратковременных перерывах

связи.

Если первое и третье требования можно удовлетворить, применяя коррекционные устройства с непосредственным воздействием на ге- . нератор путем повышения его стабильности, то второе требование оказывается трудно выполнимым.

Отмеченные обстоятельства послужили причиной разработки кор­ рекционных устройств без непосредственного воздействия на гене­ ратор, которые удовлетворяют требованиям современных синхрон­ ных систем (рис. 128,6). В большинстве случаев коррекционные устройства без непосредственного воздействия на генератор имеют дискретное управление.

§ 31. КОРРЕКЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА С ДИСКРЕТНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Принцип работы коррекционных устройств с дискретным управлением можно пояснить, пользуясь рис. 133. Частота задаю­ щего генератора f 3г посредством импульсного делителя, являюще­ гося счетчиком импульсов, уменьшается в m-i раз, чтобы частота импульсов, снимаемых с выхода делителя fь равнялась скорости телеграфирования N:

Если на вход делителя, кроме импульсов генератора, подать до­ полнительный импульс, то, как видно из рис. 133,6, фаза выход­ ных импульсов сместится в сторону опережения на величину, рав-. ную периоду Т колебаний задающего генератора.

Если же один из импульсов, подаваемых на делитель, исклю­ чить (рис. 133, в), то фаза выходных импульсов сместится в сто­

рону отставания также на Т.

Таким образом, посредством добавления иди исключения им­ пульсов, подаваемых на вход промежуточного делителя частоты, легко изменять фазу выходных импульсов f i = N н тем самым ис­ правлять расхождение по фазе.

165

Используя рассмотренный принцип управления фазой выходных импульсов, можно построить коррекционное устройство с дискрет­ ным управлением согласно блок-схеме рис. 134.

Синусоидальное напряжение задающего генератора с частотой f3 r= 2 mN, преобразованное в короткие импульсы, подается на упра­ вляющее устройство, состоящее из логических элементов НЕТ и И. Пройдя элемент НЕТ, короткие импульсы воздействуют на дели­ тель с коэффициентом деления 2т. На выходе последнего каскада деления имеем прямоугольные импульсы с частотой / ь равной ско­ рости телеграфирования N, которые в противофазе подаются на два логических элемента И, образующих фазовый дискриминатор системы.

Импульсы задающего генератора лог

Входные импульсы

_1_ f,*N

Дополнительный импульс

Т\

В режиме синфазности эти короткие импульсы совпадают с момен­ тами переключения делителя на 2 и не проходят на выход.

Если колебания местного генератора опережают по фазе при­ нимаемые импульсы, то импульсы, подаваемые на первый элемент И фазового дискриминатора, будут совпадать и на выходе получим короткие импульсы, соответствующие подаваемым с входного устройства (рис. 135,а).

Каждый из этих импульсов, попадая на схему НЕТ, запрещает один из импульсов задающего генератора, вследствие чего фаза выходного напряжения смещается в сторону отставания на Т, т. е.

на 2m •

При отставании по фазе (рис. 135,а ) импульсы с входного устройства, совпадая по времени с импульсами, снимаемыми с по-

* Во всех случаях речь идет о двухполюсном корректировании рабочими импульсами.

166

СЛеДнего каскада делителя на второй элемент И, пройдут через него и поступят на элемент И управляющего устройства (рис. 134).

Каждому из этих импульсов на выходе элемента И управляю­ щего устройства будет соответствовать импульс, расположенный в середине между импульсами задающего генератора, проходящими через элемент НЕТ.

Под действием каждого из этих дополнительных импульсов фаза выходного напряжения сместится на 7 в сторону опережения.

а — о п е р е ж е н и е ; 6 — о т с т а в а н и е

Таким образом, рассмотренный принцип работы коррекционных устройств с дискретным управлением обеспечивает поддержание фазы колебаний местного генератора относительно синфазного по­ ложения.

Для уменьшения погрешности синфазности при приеме искажен­ ных по длительности импульсов в схему рис. 134 необходимо ввести интегрирующий элемент. В качестве интегрирующего элемента в коррекционных устройствах с дискретным управлением целесо­ образно использовать реверсивный счетчик (см. § 23).

§32. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СИСТЕМ КОРРЕКТИРОВАНИЯ

СДИСКРЕТНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Шаг коррекции <рк — выраженное в долях элементарного им­ пульса смещение фазы управляющих импульсов на выходе делителя при добавлении или исключении одного импульса.

Коррекционный эффект акэ — коэффициент, характеризующий увеличение смещения фазы управляющих импульсов при регистра­ ции одной границы принимаемых импульсов в зависимости от угла рассогласования фаз.

Угол коррекции <ркэ— выраженное в долях элементарного им­ пульса смещение фазы управляющих импульсов при регистрации од­ ной границы принимаемых импульсов:

167

Минимальный период корректирования /ми„ — наименьшее вре­ мя, в течение которого корректирование не производится. Это время зависит от емкости реверсивного счетчика К\ и длительности элемен­ тарного импульса to. Следовательно, при передаче точек

Минимальное расхождение по фазе, обусловленное нестабильно­ стью генераторов <рг ,— относительное смещение фазы управляю­ щих импульсов за 4ган при приеме точек:

_ __ 2&/мин

Статическая погрешность синфазности 6С— относительное макси­ мальное смещение фазы управляющих импульсов от синфазного по­ ложения при приеме не искаженных по длительности импульсов.

Динамическая погрешность синфазности 8Д— относительное максимальное смещение фазы управляющих импульсов от синфаз­ ного положения при приеме искаженных по длительности импульсов.

Время ф азирования— максимальное время, в течение которого управляющие импульсы вводятся в фазу по отношению к прини­ маемым импульсам с точностью до динамической погрешности.

Рассмотрим более подробно основные параметры коррекционных устройств с дискретным управлением.

Стабильность задающего генератора

Требование к стабильности задающего генератора в основном предъявляется исходя из того времени перерыва связи, которое дол­ жна допускать система связи без потери синфазности.

Если считать, что при расхождении по фазе на 40% от t0 синфазность еще не нарушается, то зависимость между стабильностью за­ дающего генератора и допустимым временем перерыва связи для различных скоростей телеграфирования может быть определена .из табл. 7.

Как видно из табл. 7, высокоскоростные телеграфные системы предъявляют более жесткие требования к стабильности задающих генераторов.

При современных требованиях к времени перерыва связи даже для высокоскоростных систем могут использоваться генераторы, относительная нестабильность которых не хуже 10-5. Такую ста­ бильность обеспечивают кварцевые или камертонные генераторы без термостатирования.

168

Статическая погрешность синфазности

Статическая погрешность синфазности может быть определена из выражения

Тк <Р».

1

где Тк ~ ~ 2 т— шаг коррекции;

фгэ—относительное смещение фазы управляющих им­ пульсов в реальных условиях эксплуатации, об­ условленное нестабильностью генераторов передачи и приема.

Если принять, что при передаче информации минимальный пе­ риод корректирования возрастает примерно в три раза [14], то

Шаг коррекции

Выбор величины шага коррекции ерк обусловлен той точностью фазирования, которая должна быть обеспечена.

Из (8.15) следует, что для уменьшения статической ошибки не­ обходимо, чтобы шаг коррекции был как можно меньше. Однако уменьшение шага коррекции приводит к увеличению коэффициента деления промежуточного делителя частоты, а следовательно, к усложнению системы и увеличению времени фазирования.

С другой стороны, для устойчивой работы системы коррекции необходимо, чтобы первый член выражения (8.15) был больше второго:

(8.16)

Это неравенство позволяет определить верхнюю границу коэф­ фициента интегрирования (/Ci), если известны т и k, или величи­ ну т, если задано К\:

Учитывая стабильность современных генераторов и требуемую весьма высокую точность синфазности, j коэффициент деления 2 т следует выбирать порядка 100.

Коррекционный эффект

Вкоррекционных устройствах с постоянным коррекционным эф­ фектом аКэ—1 и, следовательно, срк=фкэ.

Вфазирующих устройствах с переменным коррекционным эф­

фектом акэ=1 только при небольших отклонениях от синфазного

169