logo
p6

2.3 Система фазовой автоподстройки частоты

Системы фазовой автоподстройки частоты применяются в радиоприемных устройствах, перестраиваемых по частоте генераторов высокостабильных колебаний и других устройств. Функциональная схема системы ФАПЧ (рис. 2.11) предназначена для стабилизации частоты подстраиваемого генератора (ПГ) по сигналу высокостабильного эталонного генератора (ЭГ).

Рис. 2.11  Функциональная схема системы ФАПЧ

Объектом управления в системе ФАПЧ является ПГ, частота колебаний (или фаза) напряжения которого изменяется в зависимости от напряжения, вырабатываемого управляющим элементом (УЭ), при этом напряжение ПГ остается неизменным. Частота напряжения ПГ является выходным сигналом системы ФАПЧ, на которую действует напряжение от эталонного генератора с частотой э. Этот сигнал является управляющим воздействием. Измерителем рассогласования является фазовый детектор (ФД), выходной сигнал которого является нелинейной периодической функцией разности фаз сигналов, подаваемых от ЭГ и ПГ. Сигнал с ФД через ФНЧ подается на УЭ, который перестраивает частоту ПГ, приближая ее к частоте ЭГ. В установившемся режиме в системе устанавливается постоянная разность фаз между напряжениями uэ и uг, при этом напряжение на выходе ФД также будет постоянным, в результате чего частота сигнала с ПГ окажется равной частоте сигнала ЭГ.

Начальное рассогласование от ЭГ и ПГ определяется как

н = э – гн, (2.0)

где гн – начальная частота сигнала ПГ.

После включения системы ФАПЧ частота сигнала ПГ будет описываться выражением:

г = гн – гу. (2.0)

Частотная составляющая гу возникает из-за перестройки частоты ПГ и определяется выражением

гу = kг kуэ uфд = kг kуэ kд F(), (2.0)

где kг – коэффициент передачи ПГ по частоте;

kуэ – коэффициент передачи УЭ;

kд – коэффициент передачи ФД, равным максимальному напряжению на выходе ФД;

 – разность фаз напряжений ЭГ и ПГ;

F() – дискриминационная характеристика.

Важным параметром систем ФАПЧ является величина полосы захвата. Под полосой захвата понимается диапазон первоначальных расстроек между частотами сигнала и подстраиваемого генератора, в пределах которого обеспечивается переход к режиму слежения за частотой.

Для оценки максимально допустимого рассогласования используется полоса удержания, определяемая выражением

уд = kг kуэ kд, (2.0)

результат имеет размерность круговой частоты. С учетом (2.13) и (2.14) частота ПГ может быть определена по следующей формуле

г = гн + уд. F(). (2.0)

Разность фаз сигналов ЭГ и ПГ определяется выражением

, (2.0)

Из формулы (2.16) следует, что производная

(2.0)

Уравнение (2.17) является основным дифференциальным уравнением системы ФАПЧ, показывающее, что в любой момент времени алгебраическая сумма разности частот и расстройки является постоянной величиной, равной начальному рассогласованию частот сигналов ЭГ и ПГ.

Отличие структурной схемы системы ФАПЧ, приведенной на (рис. 2.12), от системы АПЧ (рис. 2.10) состоит в наличии в системе ФАПЧ интегрирующего звена , с передаточной функциейW=1/p, производящего математическую операцию интегрирования в соответствии с формулой (2.16).

Рис. 2.12  Структурная схема системы ФАПЧ

Интегрирующее звено и возмущающее воздействие n(t) учитывают влияние на качество работы системы флуктуационной составляющей напряжения, а воздействие г – влияние нестабильности частоты ПГ.