5. Система частотной автоподстройки

Для повышения эффективности выделения из смеси сигнал-шум полезного сигнала в состав приемных устройств вводят различные автоматические регулировки (автоматическую регулировку усиления АРУ, автоматическую подстройку частоты АПЧ).

5.1 Системы автоматической подстройки частоты (АПЧ) применяются в радиоприемных устройствах для поддержания постоянной промежуточной частоты приемника, используются для стабилизации генерируемых колебаний, используются в качестве демодуляторов частотно-модулированных сигналов с обратной связью по частоте.

При отсутствии системы автоматической подстройки частоты взаимная нестабильность частот входного сигнала и сигнала гетеродина может приводить к уходу промежуточной частоты приемника за пределы полосы пропускания УПЧ и нарушению нормальной работы приемника. Для предотвращения этого явления в состав приемного устройства вводят систему АПЧ. Упрощенная структурная схема приемника с АПЧ имеет вид, представленный на рисунке 5.

К последующим каскадам

u_C(t)

СМ УПЧ ЧД

ПГ ФНЧ

Рис.5 Автоматическая подстройка частоты.

В этом приемнике входной сигнал u_C(t) преобразуется в смесителе (СМ) на сигнал с промежуточной частотой, усиливается в усилителе промежуточной частоты (УПЧ) и поступает на последующие каскады приемника (детектор, усилитель низких частот, оконечное устройство). Напряжения с выхода УПЧ поступает на вход частотного дискриминатора (ЧД). При появлении отклонения f от номинального значения промежуточной частоты, на выходе дискриминатора возникает напряжение рассогласования, зависящее от величины и знака f. Выходное напряжение с выхода дискриминатора, пройдя через фильтр нижних частот (ФНЧ) поступает на подстраиваемый гетеродин и изменяет его частоту, а следовательно и промежуточную частоту приемника так, что исходное рассогласование f уменьшается.

В результате работы системы АПЧ промежуточная частота приемника поддерживается близкой к центральной частоте контуров УПЧ. Это позволяет существенно уменьшить влияние взаимной нестабильности частот передатчика и гетеродина, сузить полосу пропускания УПЧ и повысить качество приема.

Такая система АПЧ является замкнутой системой автоматического регулирования. Ее можно рассматривать как систему стабилизации промежуточной частоты приемника, в которой задающим воздействием является номинальное значение этой частоты, или как следящую систему, в которой задающим воздействием является значение частоты входного сигнала.

Во многих случаях скорость протекания переходных процессов в резонансных контурах УПЧ, смесителя, частотного дискриминатора много выше чем в фильтре нижних частот. При этом условии смеситель, УПЧ и дискриминатор можно считать элементами безынерционными по отношению к изменению частоты сигналов, поступающих на их входы.