1.1. Система автоматической подстройки частоты

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

Рассмотрим систему АПЧ радиоприемного устройства, предназначенную для поддержания промежуточной частоты сигнала на заданном уровне (рис. 1.4). Входной сигнал - напряжение u_c{t) частотой _пр— преобразуется в смесителе (СМ) в напряжение промежуточной частоты _пр, усиливается усилителем промежуточной частоты (УПЧ) и подается на частотный дискриминатор (ЧД). Если промежуточная частота сигнала отличается на  от ее номинального значения, равного центральной частоте УПЧ, то на выходе ЧД возникает напряжение, зна­чение и знак которого зависят от значения и знака отклонения промежуточной частоты . Напряжение с ЧД через фильтр нижних частот (ФНЧ) подается на гетеродин (Г) (перестраиваемый генератор), частота сигнала которого перестраивается таким образом, что отклонение  уменьшается, в результате чего промежуточная частота с заданной точностью оказывается равной центральной частоте УПЧ _про.

Рассмотрим основные соотношения, определяющие точность работы системы АПЧ в установившемся режиме, полагая для простоты, что коэффициент передачи ФНЧ равен единице.

Отклонение промежуточной частоты сигнала _пр от ее номинального значения

=_пр-_про=_с-_г (1.4)

где _пр=_с-_г; _с=_со+_с — частота входного сигнала; _г=_го+_г - частота сигнала гетеродина; _с, _г - отклонения частот входного сигнала и гетеродина от номинальных значений _со, _го.

Напряжение на выходе ЧД является функцией отклонения промежуточной частоты от номинального значения:

u_чд=F() (1.5)

Зависимость F() называют дискриминационной характеристикой (рис. 1.5). При малых значениях  дискриминационная характеристика линейна и выражение (1.5) принимает вид

u_чд=k_чд (1.6)

где k_чд — коэффициент передачи ЧД (крутизна пеленгационной характеристики). Под действием напряжения, снимаемого ЧД, частота сигнала с гетеродина перестраивается на

=k_г u_чд (1.7)

где k_г — коэффициент передачи гетеродина.

Из выражений (1.4), (1.6) и (1.7) следует, что ошибка регулирования промежуточной частоты в системе АПЧ

=1/(1+К) с (1.8)

где К=К_чдК_г— коэффициент передачи системы АПЧ.

Коэффициент передачи является одной из основных характеристик системы АПЧ, его значение во многом определяет точность стабилизации промежуточной частоты, динамические характеристики системы. Из выражения (1.8) следует, что с увеличением коэффициента передачи ошибка (1.8) уменьшается. Зная допустимую ошибку и максимальное значение  по (1.8), можно найти необходимый коэффициент передачи системы АПЧ. По соотношениям (1.4) —(1.7) на рис. 1.6 построена структурная схема системы АПЧ относительно отклонений от их номинальных значений

^{На схеме указаны возмущающие воздействия, влияющие на точность работы системы АПЧ; n(t) —флуктуационная составляющая напряжения, поступающего с частотного дискриминатора; δ}_г^{— нестабильность частоты гетеродина.}