Системы АПЧ

Итак, промежуточная частота fп должна быть постоянной. Из выражения (3) видно, что это можно осуществить при строго постоянных частотах сигнала fс и гетеродина fг. В действительности же эти частоты не остаются строго стабильными во времени. Объясняется это как возможной нестабильностью частоты передатчика (в первую очередь, в небольших связных KB радиостанциях, так и особенно частоты гетеродина

, который, как правило, не имеет кварцевой стабилизации, так как ее трудно осуществить в плавно перестраиваемом гетеродине.

Причины нестабильности частоты гетеродина в основном определяются:

1) изменением параметров транзистора при колебаниях температуры;

2) непостоянством напряжения источника питания;

3) уходом во времени значений L и С контура гетеродина в основном за счет климатических факторов, а также вибраций (в подвижной аппаратуре)

Стабильность частоты гетеродина без кварцевой стабилизации в KB диапазоне можно получить порядка 10-3—10-4. При этом частота fn может оказаться на краю полосы пропускания УПЧ или за ее пределами. Для устранения этого явления можно применить ряд мер.

Во-первых, использовать кварцевую стабилизацию частоты гетеродина, которая повышает стабильность по крайней мере в 10 раз, что осуществить достаточно сложно и дорого. Во-вторых, расширять полосу пропускания УПЧ 4—5 раз по сравнению с минимально необходимой, при этом неизбежно увеличивается уровень помех и шумов на выходе приемника. И, наконец, в-третьих использовать в приемнике цепи автоматической подстройки частоты гетеродина АПЧ, что тоже во много раз уменьшает расстройку истинной частоты на выходе смесителя относительно начальной частоты настройки УПЧ (fn).

Последнее оказывается наиболее целесообразным, в силу чего многие из современных приемников различного назначения содержат в своем составе цепь АПЧ, принцип действия и анализ работы которой будут изложены ниже.

Рис. 2. Структурная схема супергетеродинного приемника: 1.преселектор и УВЧ 2. смеситель 3. гетеродин 4. УПЧ 5. детектор 6.УНЧ или видеоусилитель

Рис. 3. Структурная схема супергетеродинного приемника с АПЧ: 1-УВЧ; 2 – смеситель; 3- Гетеродин; 4- управляющее устройство; 5-усилитель постоянного тока; 6-фильтр; 7-дикриминатор; 8- УПЧ; 9- детектор сигнала; 10-УНЧ; 11-усилитель промежуточной частоты АПЧ (может и отсутствовать)

Структурная схема и принцип действия систем АПЧ.

Системы АПЧ супергетеродинных приемников относятся к числу автоматических регулировок обратного действия. Возможны два вида автоматической подстройки частоты: частотная (которую принято называть АПЧ) и фазовая (ФАПЧ). Первый вид автоподстройки применяется в радиовещательных приемниках значительно чаще, в силу чего он является основным предметом дальнейшего рассмотрения.

Структурная схема АПЧ приведена на рис. 3. Смеситель 2, дискриминатор 7, фильтр 6, усилитель АПЧ 5, управляющее устройство 4 и гетеродин 3 составляют собой замкнутую цепь авторегулирования. В некоторых случаях для увеличения напряжения, подаваемого на дискриминатор, перед ним включают дополнительный УПЧ (УАПЧ). Однако это усложняет конструкцию приемника. В качестве УАПЧ может быть использован первый каскад УПЧ, который в этом случае должен быть апериодическим, а избирательность УПЧ обеспечивается в последующих каскадах, например фильтром ФСС. В этом варианте напряжение на дискриминатор подается не после смесителя, а с выхода первого каскада УПЧ.

Принцип действия АПЧ состоит в следующем. При точном соответствии частоты на выходе смесителя и настройки УПЧ напряжение па выходе дискри­минатора (частотного детектора) равно нулю. При взаимной расстройке этих частот (из-за нестабильности гетеродина) на выходе дискриминатора появляется постоянное регулирующее напряжение, полярность которого зависит от зна­ка указанной расстройки. Это напряжение после фильтра 6 (см. рис. 3) и усилителя постоянного тока 5 подается на управляющее устройство с таким зна­ком, что оно подстраивает частоту гетеродина 3 в сторону уменьшения ошибки. (Заметим, что усилитель 5 в ряде случаев может отсутствовать, тогда регулирующее напряжение подается непосредственно с фильтра на управляющее уст­ройство. Таким образом, цепь АПЧ всегда стремится уменьшить разницу между истинной промежуточной частотой и настройкой УПЧ.

Примерный вид частотной характеристики дискриминатора показан на рис. 4. Частота настройки дискриминатора f0 (иногда называемая переходной частотой) соответствует нулевому напряжению на выходе. При наличии расстройки, как видно из характеристики, в зависимости от ее знака будет меняться полярность постоянного напряжения на выходе дискриминатора.

Важным показателем для оценки свойств дискриминатора служит крутизна характеристики – Sд (вольт/герц), пропорциональная ее углу наклона: Sд= tgα, ее всегда желательно иметь возможно большей, так как при этом повышает эффективность работы дискриминатора.

Рис. 4. Частотная характеристика дискриминатора

Рис. 5. Частотная характеристика управляющего устройства гетеродином.

Управляющее устройство, подстраивающее частоту гетеродина на нужный номинал имеет совместно с гетеродином частотную характеристику, напоминающую по форме латинскую букву S (рис. 5). Его работа также характеризуется крутизной наклона характеристики в ее средней части (герц/вольт), которую также выгодно повышать.

Для получения возможно более точной автоподстройки переходная частот дискриминатора fo должна совпадать с серединой полосы пропускания УПЧ fn. Однако за счет различных дестабилизирующих факторов (изменение температуры, вибрация и др.) возможно расхождение во времени этих частот. Правда, часто эти дестабилизирующие факторы расстраивают УПЧ и дискриминатор в одинаковую сторону, но не всегда в равной мере. Тогда появляется неизбежная дополнительная ошибка при работе АПЧ.

Значительно более совершенной в этом отношении является цепь АПЧ, которой колебательные контуры дискриминатора и вводной фильтр УПЧ совмещены. В этом случае ошибка за счет рассогласования настроек УПЧ и дискриминатора исключается.

ЛИТЕРАТУРА

1. Охрименко А.Е. Основы извлечения, обработки и передачи информации. (В 6 частях). Минск, БГУИР, 2004.

2. Девятков Н.Д., Голант М.Б., Реброва Т.Б Радиоэлектроника и медицина. –Мн. – Радиоэлектроника, 2002.

3. Медицинская техника, М., Медицина 1996-2000 г.

4. Сиверс А.П. Проектирование радиоприемных устройств, М., Радио и связь, 2006.

5. Чердынцев В.В. Радиотехнические системы. – Мн.: Высшая школа, 2002.

6. Радиотехника и электроника. Межведоств. темат. научн. сборник. Вып. 22, Минск, БГУИР, 2004.

 Скачать реферат