Лабораторная работа № 2 исследование системы частотной автоподстройки

Целью лабораторной работы является изучение АПЧ (ЧАП).

Подготовка к работе: необходимо изучить теорию функционирования системы АПЧ и описание работы с лабораторным стендом.

Необходимые приборы: осциллограф, вольтметр.

Дополнительные приборы: ВЧ-генератор Г4-102, частотомер.

Системы автоматической подстройки частоты (АПЧ) применяются в радиоприемных устройствах (РПрмУ), доплеровских системах измерения скорости подвижных объектов, устройствах частотной селекции сигналов.

Рассмотрим систему ЧАП РПрмУ, предназначенную для поддержания промежуточной частоты (ПЧ) на заданном уровне (рис. Л2.1).

Входной сигнал частотойf_c преобразуется в смесителе (СМ) в сигнал ПЧ f_пч, который после усилителя ПЧ (УПЧ) поступает на частотный дискриминатор (ЧД). Если ПЧ сигнала отличается на Δf от ее номинального значения f_пч0, то на выходе ЧД возникает напряжение U_д, которое зависит от значения и знака отклонения ПЧ Δf. С выхода ЧД (U_д) через ФНЧ напряжение регулирования U_р подается в цепь автоподстройки гетеродина (Г), частота сигнала которого перестраивается так, чтобы уменьшилось отклонение Δf, в результате чего промежуточная частота с заданной точностью оказывается равной центральной частоте УПЧ f_пч0.

Δf = f_c – f_г = f_пч – f_пч0 = Δf_c – Δf_г , (Л2.1)

где Δf_c = f_c – f_c0, Δf_г = f_г – f_г0, – отклонения частот входного сигнала и гетеродина от номинальных значений f_c0 и f_г0.

Напряжение на выходе ЧД является функцией отклоненияf_пч от номинального значения U_д = F(Δf) , которая называется дискриминационной характеристикой (рис. Л2.2).

При малых значениях Δf дискриминационная характеристика линейна U_д = S_д·Δf , где S_д^·– крутизна дискриминационной характеристики.

Ошибка регулирования ПЧ в системе ЧАП равна

, (Л2.2)

где k₀ = S_дk_г (k_г = U_р·Δf_г) – коэффициент подстройки петли ЧАП, который во многом определяет точность стабилизации ПЧ и динамические характеристики системы. Зная допустимую ошибку и максимальное значение Δf_c, можно определить необходимый коэффициент подстройки k₀.

Описание лабораторного стенда

Структурная схема лабораторного стенда ЧАП приведена на рисунке Л2.3.

(СК-М – селектор каналов метрового диапазона СК-М-24-2,

СМРК – субмодуль радиоканала.)

На рисунке Л2.4 показана электрическая принципиальная схема селектора ТВ каналов СК-М-24-2 для 1 – 5 ТВ каналов.

Радиосигнал вещательного телевидения от антенны (вход) поступает на пятизвенный фильтрL1C1L2C2C3L4L5L6C4, предназначенный для подавления частот ниже 40 МГц. С выхода этого фильтра за счет индуктивной связи (L7, L9) сигнал через цепь L9, VD1, С10 поступает на усилитель ВЧ, выполненный на транзисторе VT2.

Данный усилитель охвачен АРУ, напряжение которой поступает на базу VT2 с контакта 6 соединителя X1 через резистор R7.

Двухконтурный полосовой фильтр на выходе усилителя ВЧ образован индуктивностями L13, L14, L16, L18, емкостями монтажа, подстроечных конденсаторов С26, С27 и варикапов VD6, VD7.

С выхода полосового фильтра через L18 сигнал поступает на вход смесителя, который выполнен на транзисторе VT3, включенном по схеме с общей базой. Контур ПЧ в коллекторной цепи смесителя C46L21C50 рассчитан на подключение нагрузки с волновым сопротивлением 75 Ом.

Транзистор VT5 в каскаде гетеродина включен по схеме с общей базой. Контур гетеродина образован индуктивностью L20, емкостью варикапа VD13, выходной емкостью транзистора VT5 и емкостью монтажа.

Электронная настройка на прием определенного канала производится с помощью варикапов VD6, VD7, VD13, на которые поступает управляющее напряжение с контакта 4 соединителя X1.

Выходной сигнал ПЧ модуля СК-М-24-2 через контакт 1 X1 поступает на вход субмодуля радиоканала СМРК-2 (контакт 20 соединителя X1), электрическая принципиальная схема которого показана на рисунке Л2.5.

Сигнал ПЧ через конденсаторС1 поступает на базу транзистора VT1. С резистора R4 усиленный сигнал поступает на полосовой пьезоэлектрический фильтр ПЧ Z1, с помощью которого формируется АЧХ с заданными нормами затухания в полосе подавления паразитных сигналов и требуемой полосой пропускания. Потери фильтра Z1 в полосе пропускания компенсируются усилением транзистора VT1 и двухкаскадным апериодическим усилителем на транзисторах VТ2, VT3.

Интегральная схема D2 выполняет функции усилителя ПЧ, синхронного детектора, устройства задержанной АРУ и АПЧ.

С выхода усилителя 1 сигнал поступает на синхронный детектор 2, к которому подключен опорный контур L1С19R31. С выхода детектора полный ТВ видеосигнал подается на устройства АРУ (3, 6), а через усилитель 7 поступает на каскады дальнейшей обработки.

Опорный контур имеет емкостную связь с контуром L2C25, который присоединен к синхронному детектору 5 устройства АПЧ. В детекторе сравнивается частота сигнала, поступающего на него с синхронного детектора 2, с частотой опорного контура (38 МГц), и вырабатывается напряжение ошибки, пропорциональное разности этих частот. Значение и знак этого напряжения определяются отклонением значения частоты гетеродина от номинального. Для изменения частоты гетеродина до значения остаточной расстройки это напряжение после усилителя постоянного тока 4 через резистор R25 и контакт 16 соединителя X1 поступает в цепь настройки СК-М-24-2.

Блокировка АПЧ производится замыканием на корпус вывода 6 микросхемы D2 через резистор R29.

На рисунке Л2.6 показана передняя панель лабораторного стенда.