2.4 Синтезаторы с фазовой автоподстройкой частоты.

Такие устройства обладают гораздо большими возможностями, чем предыдущие варианты. Упрощенная структура синтезатора с фазовой автоподстройкой частоты (ФАПЧ) имеет вид. В ее состав входит источник опорной частоты, включающий в себя высокостабильный кварцевый генераторГ, формирующий сигнал с частотойи делитель частотыДЧ. Выходной сигнал вырабатывает генератор, управляемый напряжением (ГУН). Обычно у таких устройств частота возрастает с увеличением уровня управляющего напряжения.

Частота делится в делителе (ДПКД) с управляемым (переменным) коэффициентом деления враз. Этот сигнал совместно с сигналом опорной частоты поступает на частотно-фазовый детектор, выходное напряжение одного из вариантов которого зависит от соотношения частот и фаз соответствующих сигналов следующим образом. Когда частоты становятся равными, то уровень и знак управляющего напряжения определяется фазовым сдвигом между сигналамии. Данное напряжение поступает на интегрирующий фильтр Ф и идет на управление частотой ГУН.

Такоеустройство представляет собой систему автоматического управления с замкнутой цепью обратной связи. В установившемся состоянии на входе ГУН поддерживается такое управляющее напряжение, чтобы частотасовпадала си разность фаз между соответствующими сигналами была бы равна нулю. Так как, то частота выходных колебаний будет определяться соотношением, где- коэффициент деления частоты делителя ДЧ. Таким образом, меняя коэффициент деления ДПКД можно устанавливать любое значение выходной частоты с шагом.

На приведенном рисунке показан процесс установки частоты синтезатора при изменении коэффициента деления ДПКД сдо. В первый момент времени частотаскачком возрастает, на вход фильтра поступает отрицательное напряжение, при этом управляющее напряжение и частота ГУН уменьшаются до момента, когдавновь станет равной

Аналогичные системы используются для установления внутренней частоты процессоров вычислительных машин, которая задается в целое, либо дробное число раз выше частоты системной шины. При этом частота сигнала, формируемого ГУН составляет единицы гигагерц. Подобные синтезаторы широко используются в устройствах радиосвязи и телевизионной технике.

Однако построение многоразрядных высокочастотных делителей частоты с переменным коэффициентом деления является достаточно сложной технической задачей. Поэтому в высокочастотных устройствах в качестве ДПКД используются устройства, структурная схема одного из вариантов которых имеет вид.

Здесь сигнал с генератора, управляемого напряжением поступает на предварительный делитель частоты – прескалер, коэффициент деления которого под воздействием управляющего сигнала меняется на единицу от до. Далее сигнал, частота которого уменьшена в соответствующее число раз подается на делители частоты с коэффициентами деленияи, а их выходные сигналы воздействуют на устройство управления УУ.

В начальный момент времени коэффициент деления прескалера устанавливается равным . После прохожденияимпульсов с периодом, устройство управления вырабатывает сигнал, устанавливающий коэффициент деления прескалера, равным, и блокирует работу первого делителя частоты. Выходной сигнал второго делителя возвращает систему в исходное состояние.

При этом интервал между выходными импульсами устройства оказывается равным , где. Подставив в приведенное выше выражение значенияи, получим, что соответствует делению частоты враз, либо установке ее в системе с ФАПЧ, равной. Если выбрать, то такой подход позволяет конструировать декадные синтезаторы, у которых при изменении коэффициента деленияна единицу частота меняется в 10 раз, а при измененииот нуля до девяти она меняется в пределах декады с шагом.