2.2 Система автоматической подстройки частоты

Системы автоматической подстройки частоты применяются для стабилизации частоты генерируемых колебаний, слежения за частотой сигнала в радиоприемных устройствах, в демодуляторах частотно-модулированных колебаний с обратной связью по частоте и др.

Функциональная схема АПЧ супергетеродинного приемника (рис. 2.8) содержит в своем составе смеситель (СМ), усилитель промежуточной частоты (УПЧ), частотный дискриминатор (ЧД), фильтр низкой частоты (ФНЧ) и управитель гетеродина (УГ). Входной сигнал U_с(t) с частотой _c преобразуется в смесителе в напряжение промежуточной частоты _пр, затем усиливается усилителем промежуточной частоты и подается на частотный дискриминатор. Если промежуточная частота _пр отличается на  от ее номинального значения _пр0, то на выходе ЧД возникает напряжение, значение и знак которого зависят от значения и знака отклонения промежуточной частоты . Напряжение с ЧД U_чд через ФНЧ подается на гетеродин (Г), частота которого перестраивается, обеспечивая минимальное рассогласование значения _пр от номинальной частоты _пр0.

Рис. 2.8  Функциональная схема системы автоматической

подстройки частоты

Отклонение промежуточной частоты сигнала _пр от номинального значения

 = _пр –  _пр0 = _c – _г, (2.0)

где _пр = _c – _г, _c = _c0 + _c – частота входного сигнала; _г = =_г0 + _г – частота гетеродина; _c, _г – отклонение частот входного сигнала и гетеродина от номинальных значений _c0, _г0.

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

u_чд = F(). (2.0)

Зависимость F() называют дискриминационной характеристикой (рис. 2.9). При малых значениях  дискриминационная характеристика линейна, и выражение (2.7) принимает вид

u_чд = k_чд, (2.0)

где k_чд – коэффициент передачи ЧД (крутизна дискриминационной характеристики).

Рис. 2.9  Дискриминационная характеристика частотного

детектора

Под действием напряжения, снимаемого с фильтра U_ф=K_фU_чд, K_ф – коэффициент передачи ФНЧ, частота гетеродина перестаивается на

_г = K_г u_ф, (2.0)

где K_г – коэффициент передачи управителя гетеродина (УГ).

Из выражений (2.6), (2.8) и (2.9) следует, что ошибка регулирования промежуточной частоты в системе АПЧ может быть определена по выражению

, (2.0)

где K = K_чд K_ф K_г – коэффициент передачи системы АПЧ.

Уравнениям (2.6)–(2.10) соответствует структурная схема, представленная на рис. 2.10.

Рис. 2.10  Структурная схема системы АПЧ

Структурная схема системы АПЧ учитывает дестабилизирующие факторы, влияющие на точность ее работы: n(t) – флуктуационная составляющая напряжения, поступающая с дискриминатора; _г – нестабильность гетеродина.