Учебники / РПрУ Палшков (1) (1)

полезного сигнала подводится к детектору (Дет) и для целей автоматической подстройки— различителю (Р). Если преобразован-

ная частота отклонится от номинальной, соответствующей точной настройке приемника, То различитель выдаст сигнал ошибки, ко-

торый изменит частоту гетеродина так, чтобы ‘устранить рас-

стройку.

Изменение частоты гетеродина (Г} осуществляется с помощью управителя (У), свойства которого описываются характеристикой вида

где и — управляющее напряжение, подводимое к входу управи-

теля.

В качестве различителя частотного отклонения используются

балансные частотные детекторы, детекторные характеристики которых проходят через нуль в отсутствие частотного отклонения

сигнала.

При высоких требованиях к точности настройки приемника в

качестве элемента, позволяющего определить значение и знак сигнала ошибки, используют опорный эталонный гетеродин (ОГ).

Частота этого гетеродина должна быть равна ‘номинальной про-

личие от системы автоматической подстройки с частотным разли- чителем (ЧАП).

Рассмотрим основные соотношения, характеризующие свойст- ва ЧАП. Согласно структурной схеме системы АПЧ (см. рис 85)

будем полагать, что применен частотный различитель. (Показан- ный штриховой линией опорный гетеродин необходим только при

ФАП.) При точной настройке приемника частота гетеродина при верхнем сопряжении настроек [ю= ро, где лю — номинальная промежуточная частота.

221

Допустим, что вследствие неточной настройки или нестабильности частота гетеродина в случае разомкнутой цепи автоматиче-

ской подстройки получила приращение ЛА}.. Преобразованная частота получит приращение А} =АЁ. Преобразованнюе напряжение

сигнала после усиления в УПЧ подводится к различителю. Характеристика различителя

где 5р› — крутизна характеристики различителя, В/Гц.

При замкнутой цепи автоматической подстройки выходное нап- ряжение различителя подводится к управителю ‘и ‘изменяет чакстоту гетеродина так, что в результате отклонение преобразованной

частоты от номинальной промежуточной частоты уменьшается и становится равным А} ост.

Предположим, что характеристика управителя описывается соотношением А}. =Фо(и2). Это уравнение для малых из также может быть заменено линейным Ар=$уй2 (где $, — крутизна характеристики управителя, Гц/В). Тогда остаточное отклонение преобразованной частоты от [и ост в установившемся режиме

А Тн.ост =А [.—$р 5, А Гм. ост:

Решая это уравнение относительно Ар; ост, имеем

А Те.ост = АР - $р $). Коэффициент автоматической подстройки

Елп= АРАЁ, ост= 1-Е $р 8,

возрастает с увеличением крутизны характеристик различителя и управителя. Уменынение Ан ост по сравнению с А7. определяет-

222

ся тем, что управитель изменяет частоту А}: рег в противополож-

ном направлении по отношению к изменению А}. При неправильном фазировании этих изменений будет происходить нарастающая

расстройка приемника.

Из структурной схемы рис. 85 следует, что система АПЧ в

приемнике является аистемой обратной связи пою частоте. В этой системе осуществляется не только компенсация частотных изменений гетеродина, но и изменений частоты входного сигнала. Интервал допустимых отклонений частоты входного сигнала, при -ко- тором сохраняется настройка приемника на желательную станцию, называют областью автоматической подстройки. Ширина области

АП определяется формой характеристик управителя и различи- теля.

Найдем зависимость остаточного частотного отклонения Др; ост от частотного отклонения входного сигнала А при включенной

АП. Эту зависимость называют регулировочной характеристикой системы АП.

Допустим, что в преобразователе примснена верхняя настрой-

ка гетеродина, т.е и=р—К.

Прирантение частоты сигнала Ар при постоянной частоте гете-

родина обеспечивает приращение преобразованной частоты АР= =— Ак В системе АП возникает при правильном фазировании сигнал ошибки— управляющее напряжение иу, определяемое соотношением (82). Это напряжение управляет частотой гетеродина и Изменяет частоту гетеродина так, что остаточное отклонение преобразованной частоты

Здесь Айост соответствует значению управляющего напряжения иу, определенного уравнением (8.2) Решим это уравнение относительно Ар ост

Учтем, что изменение частоты гетеродина, входящее в соотношение (8.7), определяется тем же управляющим напряжением, что

И АР: ост, т.е Ар=Ф. (му).

Подставляя (8.8) в формулу (87), получаем

Из (8.9) следует, что АР о‹т=Ё! (их), соответствующая данному А, определяется как ордината точки пересечения характери-

стики различителя Р!(иу) с характеристикой управителя, смещен- ной на АК вдоль оси Ар (рис. 8.6), т. е. с Фо (иу) АК.

Рассмотрим поведение системы при широких пределах измене-

ния частоты входного сигнала. Допустим, что вначале приемник был настроен и Ак=0. Тогда точка пересечения характеристик ЕР. (иу) и Ф-(и,)—А находится в начале координат и Ар о‹г=0.

При появлении расстройки А5=0 точка пересечения характеристик сместится ‘и займет положение / (рис. 8.7).

223

Как видно из построения, при больших значениях крутизны характеристик остаточная расстройка А}: ост оказывается значительно меныше отклонения частоты сипнала Ак. При переходе через

точку 2 происходит скачкообразное увеличение остаточной расстройки практически до значения, равного расстройке «ипнала,

так как в этой области характеристика различителя находится вблизи оси ординат. В дальнейшем (в точке 8 и при больших ве-

личинах Ак) АР ост ‘мало отличается от Ак.

При уменьшении ЛК малое отличие Др, ост от Ак сохраняется до точки 4, соответствующей каканию характеристик Р\1(иу) и Ф,(и, АК. Здесь АР ост резко уменьшается до значений, соответствующих большим значениям коэффициента автоподетройки Аадп.

Нри отрицательных значениях приращений частоты сигнала наблюдается аналогичная картина.

Таким образом, в системе АПЧ наблюдается своеобразный гистерезис. Ширина области допустимого увеличения отклонения частоты сигнала АК доп, в пределах которой Ап. 1, после настройки приемника на желательную станцию оказывается больше той .

области частот, на границах которой система АПЧ способна аиль- но уменьшать Ар; ост по сравнению с Ар.

Первую из указанных областей называют полосой удержания АЁРуд, а вторую — полосой охватывания АЁРсьв.

224

На рис. 8.8 показана регулировочная характеристика системы

АПЧ и отмечены полоса удержания АРуд и полоса схватывания АЁсов.

Ориентировочно полосу удержания можно определить соотнюшением, полученным изтреугольника ОЗБ (см. рис. 8.7) АРуд= 22Ишах[Зу+ 1/5р], где Итах— максимальное напряжение на выхо-

Де различителя.

4 А лвет Я | 4 пост

Г!

я

Рис. 8.8

При крутом спаде характеристики различителя на границах области, ограниченной точками 2—6 на рис. 8.7, можно считать,

что полоса схватывания определяется ординатами точек2 и 5, т.е. АЁРсхв= АрБ—Ар, где А, АБ — ординаты экстремальных ‘точек ха- рактеристики различителя.

Точные значения АЁРс»в и АР, не поддаются простому аналитическому расчету и поэтому юпределяются графически либо экспериментальню. В практических схемах АПЧ между различителем и управителем включается фильтр нижних частот, устраняю-

щий передачу флуктуаций в цель управления частотой гетероди=

на. В качестве таких фильтров ‘используются простейшие интегрирующие ЮС-цепи.

Верхняя граничная частота фильтра определяет максимальную скорость АПЧ гетеродина. В [14] показано, что при однозвенном КС-фильтре и при относительно малом запаздывании сигналов в ПЧ процесс установления режима настройки приемника, содержащего АПЧ, имеет монотонный характер. При двухзвенном филь“ Тре процесс становится колебательным и при существенном запаздывании сигнала в УПЧ и различителе может привести к периоди- ческим колебаниям настройки приемника. При трехзвенном фильТре практически всегда возникают периодические колебания настройки, поэтому для получения монотонного процесса установле-

ния режима настройки применяют однозвенные ЮС-фильтры. Рассмотрим регулировочную характеристику системы ФАП. На

рис. 8.9 изображена структурная схема ФАП. Предположим, что

в исходном режиме приемник точно настроен на желательный юсигнал, т. е. К=рНр=[ост. Поскольку погрешность в настройке

приемника отсутствует, выходное напряжение различителя дюлжно быть равно нулю. В соответствии с видом характеристики раз-

личителя, ‘изображенной на рис. 8.10, а, этот режим может суще- ствовать при олвиге фаз между ‘напряжением ‘преобразованной ча-

стоты и напряжением опорного. гетеродина, равном =+л/2, так как здесь управляющее напряжение равно нулю. Если знаки 'произ-

пряжения изменяется частота гетеродина в преобразователе и, следовательно, возникает сдвиг

фаз между напряжением преобразованной частоты и напряжени- ем-опорного гетеродина:

ОР И

^{.

Рис. 8.10

Найдем скорость изменения фазы `

а Ф/4 = б.р— гон = 9—5 — Фр,

где ®; — частота гетеродина преобразователя.

Если частота сипнала остается постоянной, а частота гетеродина получает приращение Дог, то скорость изменения фазы опре-` делится приращением частоты гетеродина

афеЁ=Ао,. (8.10)

226

Учтем, что изменение частоты гетеродина обусловлено управляющим напряжением, т. е.

После подстановки-соотношения (8.11) в (8.10) 4ф/4Ё=3л$уиу. Таким образом, можно считать, что на рис. 8.10, а по оси орди-

нат в качестве переменной отложены как ‘приращение частоты (Ар=$ушу), так и скорость изменения фазы 4ф/4Ё с соответствую-

щим коэффициентом, т. е.

4ф 1

@208, °`

Предположим, что в системе появилось положительное’ прира- щение фазового угла Аф вблизи равновесной точки 1. Очевидно,

для точки / скорость изменения фазы положительная, и поэтому приращение фазы ‘будет нарастать (4Ф/АЕ>0). При ютрицатель-

ных приращениях Аф вблизи точки / 4‹/АЁ становится также отри-- цательной, поэтому система будет удаляться от равновесия’

(4Ф/41<0). ;

Рассмотрим равновесное состояние, соответствующее точке 2. Если Аф>>0, то, поскольку здесь 4ф/41<0, приращение фазы А®: будет уменьшаться. При Аф<0 4ф/47>0 и приращение фазы АФ’ опять будет уменьшаться. Таким образом, точка 2 оказывается,

устойчивой, так как в окрестности этой точки приращение фазы и.

скорость ее изменения имеют противоположные знаки. Для определения формы регулировочнюй характеристики будем изменять

частоту входного сигнала ‹, задавая различные приращения АК.

В .равновесном состоянии системы ФАП фазовый сдвиг между напряжениями опорного гетеродина и преобразованной частоты,

подводимыми к ‘фазовому детектору, должен оставаться постоянным. При ф=соп3ё преобразованная частота должна быть равна частоте гетеродина ®пр==@®г.оп. Поскольку преобразованная частота

равна разности ог—®‹с, прирацкение частоты входного сигнала бу- „дет сопровождаться таким же приращением частоты гетеродина:

Ао: =Аос. На рис. 8.10, а каждому приращению частоты сигнала: соответствует прямая, параллельная оси ‘абсцисс. Точки пересече-

ния ее с характеристикой различителя определят устойчивые состояния равновесия. Очевидно,. при ‘изменении приращения часто-

ты входного сигнала от —Акшах=-—буйушах, соответствующего прямой АБ, до А шах= $уИу тах, соответствующего прямой ВГ,

преобразованная частота не изменяется. В точках 5 и 6 происхо- дят скачки частоты, и система АП перестает работать.

‚ Ширина ‘полосы удержания и ширина полосы схватывания равны друг другу и определяются формулой АРуд=АЁсь=2АЁ шах=

=25уИу шах. В пределах полосы удержания частоты преобразованного сигнала ‘и опорного гетеродина равны (рис. 8.10, 6). Погреш-

ность настройки приемника заключается лишь в наличии фазово-- по сдвига напряжений ‘преобразованного сипнала ‘и опорного ге»

теродина. На границах полосы удержания фазовый сдвиг между: 8* 227

этими напряжениями достигает значений ф=0 или ф=л. При точной настройке ф=л/2 (точка 2 на рис. 8.10, а). Если необходимо

получить фазовый сдвиг между ‘напряжениями опорного гетеродина и преобразованного сипнала в исходном режиме равный нулю, то достаточно подключить к входу различителя фазовый контур,

обеспечивающий дополнительный сдвиг л/9.

Из принципа действия системы ФАП следует, что в этой систе-

ме не требуется согласования знаков крутизны характеристики различителя и управителя. Фазовые соотношения, необходимые

для устойчивой работы, устанавливаются автоматически. Действительно, при резком изменении частоты входного нал-

ряжения ‘на величину, не превьипающую диапазона возможных изменений частоты гетеродина Ар шах, Вначале возникает такое же

изменение преобразованной частоты. На выходе фавового фазли-

чителя появляется переменное напряжение с разностной частотой преобразованного колебания и частотой опорного гетеродина. Эта разностная частота равна Лос. Выхюдное, напряжение различителя, поданное ‘на управитель, будет ‘изменять частоту гетеродина преобразователя с частотой Аюс. При некотором мпновенном значении управляющего напряжения приращение частоты гетеродина станет равным Аюс и в точке, где аф/АЁ и ф имеют разные знаки, изменение частоты гетерюодина прекратится. Приемник будет точно настроен на входной сигнал, так как ‘частота преобразованного сигнала и частота опорного гетеродина окажутся одинакоВЫМИ. ,

Очевидно, чем шире полюса пропускания различителя и цепей

управления, тем больше полоса схватывания.

Возможно, что пределы изменения частоты гетеродина под действием выходного напряжения различителя будут недостаточны для обеспечения настройки приемника` (АР па«< АК). В этом слу-

чае в системе будут происходить периодические изменения частоты гетеродина, не приводящие к ‘настройке приемника на входной сигнал. Применение АПЧ обеспечивает настройку приемника ча

желательный сигнал в условиях, когда частотная нестабильность не превышает полосы схватывания или полосы удержания систе-

и возбудителя передатчика, превышающей полосу ‘пропускания высокочастотного тракта, используется система автоматического поиска точной настройки приемника на входной сипнал. Структурная схема АПЧ приемника с автопоиском изображена на рис. 8.11. Здесь генератор автопоиска вырабатывает периодическое пилообразное напряжение. Это напряжение подводится к управителю, обеспечивающему ‘изменение частоты гетеродина преобразователя. Изменение частоты гетеродина осуществляется в пределах полосы пропускания. преселектора.

лоявится напряжение, которое зафиксирует мгновенное значение

228

напряжения генератора автопоиска, необходимое для сохранения настройки. Системы АПЧ с автопоиском применяются при приеме

сигналов в диапазоне сантиметровых волн. Здесь используются в качестве гетеродинов отражательные клистроны либо генераторы на диодах Ганна. В генераторах на клистронах изменение часто-

Овони й

ты колебаний осуществляется изменением режима управляющих электродов по постоянному току. Поэтому не требуется спецеаль+ ных устройств для изменения частоты гетеродина. Выходное напряжение различителя обычно подается к электродам генератора через усилитель постоянного. тока,

При высоких требованиях к стабильности настройки приемника ‘частота ‘его гетеродина стабилизируется с помощью синтезатора частот. В этом случае при необходимости автоподстройки вы-

ходное напряжение различителя подается на реактивный прибор {транзистор либо варикап), изменяющий фазу колебаний в про-

‘межуточных каскадах умножения частоты.

Этот вариант построения системы АПЧ широко используется в дециметровом диапазоне волн.

Основным недостатком системы АИЧ является возможность захвата настройки приемника более сильным сигналом. При сильной загрузке диапазона настроиться на желательный сигнал при наличии АПЧ оказывается затруднительным. Поэтому в приемниках предусматривают выключение системы АПЧ перед установкой

частоты настройки приемника на желательный сигнал.

8.3. Регулировка усиления

Виды регулировок.

В радиоприемниках ‘необходимо регулировать усиление, во-пер- вых, для изменения уровня мощности, подводимой к выходному прибору, во-вторых, для устранения перегрузки каскадов и,

В-третьих, для сохранения постоянства выходной мощности при произвольных изменениях напряженности поля полезного сигнала,

обусловленных условиями распространения радиоволн. Существен-

но, чтобы в процессе регулировок не изменялись АЧХ и ФЧХ тракта и не ухудшалось отношение сигнала к помехе.

По способу осуществления регулировок их можно разделить ина ручные регулировки усиления (РРУ) с непосредственным и ,дистанционным управлением и автоматические регулировки усиления (АРУ).

Ручные регулировки усиления

Ручные регулировки усиления в высокочастотном тракте используют только в профессиональной аппаратуре для устранения перегрузки отдельных блоков приемника. Так, при наличии на входе больших напряжений помех следует уменьшить коэффициент усиления УВЧ с тем, чтобы не перегрузить преобразователь частоты, хотя при этом может ухудшиться отношение сигнал-шум приемника. При приеме сильного полезного сигнала целессобразно также уменьшить коэффициент усиления первых каскадов усилителей радио- и промежуточной частот.

В приемниках, где необходимо сохранить закон изменения амплитуды входного сигнала, поступающего от антенны, применяет-

ся только ручная регулировка усиления. Эти условия характерны для измерителей напряженности поля, навигационных приемников

с визуальной либо слуховой индикащией и других подобных при-

емников.

В приемниках многоцелевого назначения в указанных режимах предусмотрено выключение АРУ. Ручную регулировку усиления

можно осуществить изменением режима усилительных приборов, позволяющим фегулировать их крутизну, либо изменением коэф-

фициента передачи межкаскадных цепей связи.

Для количественной оценки эффективности РУ используют но- эффициент регулировки усиления ру == Киах/Кпип; его называют

динамическим диапазоном регулировки усиления и выражают в денибелах:

Ёру — 20 |5 ру.

На рис 8.12 показаны схемы некоторых вариантов осуществления РРУ. На рис. 812,4 изображена схема двухкаскадиого усилителя, выполненного на

основе микросхемы серии 235 2УС 353. Слева показана прииципиальная схема микроузла, справа— схема необходимых соединений. Каждый из каскадов выполнен на двух транзисторах по схеме с эмиттерной связью: общий коллек-

тор— общая база. Первый каскад— на транзисторах Т; и Го, второй каскад—

на транзисторах Тз, Т4. На базы транзисторов ТГ, и Гз подводится положитель- ное напряжение с ползунка потенциометра П, через диоды Д: и Дэ, предотвращающие возможность подачи напряжений, запнрающих транзисторы Т\ иГ». Регулнровка усиления первого каскада осуществляется путем подачи на базу транзистора Т! отпирающего напряжения через диод Д!.Токй создает большее падение напряжения на резнсторе А!. Увеличение этого напряжения уменынает ток транзистора Тз, вследствие чего уменьшается его крутизна. Аналогичные прецессы происходят во втором каскаде, куда регулнрующее напряжение подводит-

230