В цифровом пассивном ссч с потоками многоуровневых импульсов, функциональная схема которого представлена на рис. 7, реализован классический метод прямого цифрового синтеза сигналов.

Рис. 7. Функциональная схема пассивного цифрового синтезаторов частотыс потоками многоуровневых импульсов

Основу ССЧ составляют устройства вычисления фазы и амплитуды. Устройство вычисления фазы построено на основе каскадного соединения 12-разрядных двоичного сумматора и регистра и 8-разрядного коммутатора, позволяющего изменять число используемых уровней квантования фазы (число дискретов фазы) N_ДФ от 2¹=2 до 2⁹=512. Вычисление полной текущей фазы на произвольном n-м шаге с учетом периодичности по 2 можно описать выражением

_n=2nN_ЧР/N_ОФ,

где N_ЧР – код частоты, хранящийся в частотном регистре и задаваемый кнопками поля «УСТАНОВКА ЧАСТОТЫ», а N_ОФ=512 – количество реализуемых в синтезаторе дискретных значений фазы. Шаг сетки частот синтезатора с учетом частоты ОКГ G f_ОКГ=512 кГц составляет

f_C=f_ОКГ/N_ОФ=1 кГц.

Частота колебаний на выходе синтезатора определяется по формуле

f_ВЫХ=N_ЧРf_C=N_ЧРf_ОКГ/N_ОФ

и в принципе может варьироваться (в соответствии с теоремой Котельникова) от 1 до 256 кГц с шагом 1 кГц. Значение частоты, определяемое кодом N_ЧР, отображается на индикаторе в поле «УСТАНОВКА ЧАСТОТЫ».

0. Устройство вычисления амплитуды однозначно преобразует вычисленное значение текущей фазы _n в значение функции Asin(_n). Это преобразование выполняется при помощи постоянного запоминающего устройства, в соответствующие ячейки которого записаны 512 отсчетов функции sin() c учетом амплитуды А. Преобразование последовательности многоразрядных двоичных чисел в непрерывное напряжение осуществляется при помощи ЦАП, число разрядов преобразования которого может принимать значения от 1 до 8. Следовательно, число дискретных уровней мгновенного значения сигнала при этом может изменяться от 2¹=2 до 2⁸=256.

1. Окончательное формирование гармонического сигнала выполняется в ФНЧ, подавляющем колебания с частотами более 100 кГц. Таким образом, синтезатор позволяет сформировать дискретную сетку частот в диапазоне 1…99 кГц с шагом сетки 1 кГц.

В состав лабораторного стенда включен универсальный мультиметр, предназначенный для измерения периода и частоты формируемых колебаний. Измерение частоты генерируемых колебаний может производиться при различных временах усреднения (накопления) Т_Н, составляющих 1, 10, 100 мс, 1 и 10 с, а измерение периода – при числе периодов накопления N_Н, равном 1, 10, 100 и 1000. Запуск частотомера осуществляется кнопкой «Т».

Наблюдение осциллограмм и спектрограмм осуществляется с помощью двулучевого осциллографа и анализатора спектра, подключаемых к разъемным соединениям выходных каналов. Следует отметить, что лабораторная работа может быть выполнена без использования анализатора спектра.

2.5. Лабораторный стенд «Цифровой синтезатор частоты с фап»

Лабораторный стенд «Цифровой синтезатор частоты с ФАП» УФС05 предназначен для изучения методов построения, принципа работы и основных характеристик цифрового синтезатора частоты с фазовой автоподстройкой. Лабораторный стенд обеспечивает возможность исследования:

• настроечной характеристики ГУН;

• зависимости полосы удержания от коэффициента передачи в петле обратной связи;

• кратковременной и средневременной нестабильности частоты ГУН при замкнутой и разомкнутой петле обратной связи;

• процесса установления колебаний в синтезаторе с ФАП при различных параметрах коэффициента передачи петли обратной связи;

• методов формирования ЧМ-сигналов в тракте синтезатора;

• методов формирования сигналов с частотной и фазовой телеграфией (дискретной модуляцией).

Стенд используется при выполнении лабораторных работ «Исследование цифрового синтезатора частоты с ФАП» и «Исследование частотной модуляции в цифровом синтезаторе частоты с ФАП». Упрощенная схема стенда, приведенная также на его лицевой панели, представлена на рис. 8.

Рис. 8. Функциональная схема цифрового синтезатора частоты с ФАП

ОКГ вырабатывает эталонное периодическое напряжение с частотой f_T=1000 кГц. При помощи делителя частоты ДФКД с фиксированным коэффициентом деления N₁=1000 из него формируется опорное сравниваемое колебание с частотой 1 кГц, поступающее на входы импульсно-фазовых детекторов ИФД1 и ИФД2 систем ФАП. ИФД1 представляет собой детектор типа "выборка-запоминание" и выполнен на стандартном устройстве выборки-хранения. ИФД2 – фазовый детектор на триггере с синхронным запуском и асинхронным сбросом. Тип используемого детектора и, следовательно, тип системы ФАП выбираются нажатием кнопки S «ТИП ИФД».

На второй вход каждого из ИФД поступает второе сравниваемое колебание, формируемое при помощи делителя частоты с переменным коэффициентом деления ДПКД из рабочего колебания. Коэффициент деления ДПКД N₂ может изменяться от 2000 до 2510 с шагом 1 с помощью переключателя «УСТАНОВКА ЧАСТОТЫ».

Рабочее колебание генерируется ГУН, охваченным петлей обратной связи системы ФАП. Частота выходных колебаний ГУН может принимать значения в диапазоне 1900…2600 кГц. Дополнительный делитель частоты на два ДЧ2, подключенный к выходу ГУН, обеспечивает форму выходного колебания типа «меандр». Синтезатор, таким образом, позволяет сформировать дискретную сетку частот в диапазоне 1000…1255 кГц с шагом 1 кГц.

Изменение частоты ГУН осуществляется подачей на варикап, включенный в колебательную систему ГУН, управляющего напряжения с выхода ФНЧ. Этот же варикап используется для получения ЧМ с помощью встроенного генератора низкой частоты ГНЧ. ГНЧ обеспечивает плавную регулировку амплитуды от 0 до 1 В потенциометром «УРОВЕНЬ» и дискретное изменение частоты от 50 Гц до 32 кГц переключателем «ГНЧ ЧАСТОТА».

Петлю обратной связи системы ФАП замыкает ФНЧ в виде интегрирующей RС-цепи первого порядка. Полоса пропускания ФНЧ может принимать два дискретных значения (50 или 1000 Гц) в зависимости от состояния переключателя «ПОЛОСА ФНЧ».

Универсальный мультиметр, входящий в состав стенда, предназначен для измерения частоты формируемых колебаний, амплитуды модулирующего сигнала низкой частоты, постоянной составляющей напряжения на выходе ИФД, коэффициента передачи ИФД (К_ФД) в условных единицах и девиации частоты в килогерцах. Измеренные мультиметром данные выводятся на жидкокристаллический дисплей. Запуск мультиметра в режиме частотомера осуществляется кнопкой «Т». Кроме мультиметра имеется встроенный узкополосный измеритель девиации частоты, обеспечивающий измерение девиации на частоте 1100 кГц.

Устройство управления синтезатором позволяет также замыкать и размыкать кольцо ФАП переключателем «ФАП ВКЛ.», плавно изменять коэффициент передачи ИФД регулятором «К_ФД» и выбирать режим работы синтезатора переключателем «РОД РАБОТЫ». Помимо немодулированных колебаний (в позиции «НЕМОД.») возможно формирование сигналов с ЧМ (в позиции «ЧМ»), двухуровневая (в позиции «ЧТ1») и многоуровневая (в позиции «ЧТ2») частотная телеграфия, двухуровневая фазовая телеграфия (в позиции «ФТ1») и фазовая телеграфия с линейным нарастанием и спадом начальной фазы (в позиции «ФТ2»).

Частотная телеграфия осуществляется подачей модулирующей последовательности импульсов на варикап ГУН. При частотной телеграфии девиация частоты составляет ±2 кГц. Фазовая телеграфия осуществляется в фазовом манипуляторе ФМ, на управляющий вход которого подается модулирующая последовательность импульсов с частотой следования 31,25 Гц. Длительности фронта _ф и спада _с при фазовой телеграфии с линейным изменением начальной фазы на фронтах импульсов равны и составляют 1 мс. Измерение частоты генерируемых колебаний может производиться при различных значениях времени усреднения (накопления) Т_Н, составляющих 1, 10, 100 мс, 1 и 10 с.

К первому выходному каналу стенда подключен выход фазового манипулятора, позволяющий исследовать на осциллографе временные диаграммы формируемых в различных режимах работы колебаний. Второй выходной канал, подключенный к выходу ИФД, позволяет проводить анализ управляющих напряжений в системе ФАП.