книги / Радиопередающие устройства

or гг

тель См, на выходе которого выделяются колебания с разностной частотой /к—fc или /с—/к- Последнее одновременно с колебанием от перестраиваемого генератора ПАГ подается на фазовый детек­ тор (ФД), где происходит их сравнение. На выходе ФД появ­ ляется напряжение рассогласования, которое подается через ре­ активный элемент РЭ (например, варикап) на САГ и корректиру­ ет частоту выходного колебания.

Анализ интерполяционных методов стабилизации частоты по­ казывает, что несмотря на их достоинство (простоту, плавность диапазона) они не обеспечивают требуемой стабильности часто­ ты. Причем в основном нестабильность создает перестраиваемый автогенераторПрименение же синхронизируемого автогенератора позволяет повысить стабильность частоты. Это и используется в более совершенных методах стабилизации.

Для повышения стабильности частоты возбудителей перестраи­ ваемый автогенератор нужно исключить из схемы, а требуе­ мые рабочие частоты получить от единственного кварцевого ав­ тогенератора путем преобразования его частоты — сложения, вы­ читания, умножения и деления. Плавность диапазона при этом теряется. Данный недостаток исключается, если интервал между соседними частотами (шаг дискретной сетки частот) выбрать ма­ лым. Обычно его принимают равным 10 или 100 Гц.

Метод генератора гармоник. Простейшим методом получения диапазона частот высокостабильных колебаний является метод генератора гармоник. Устройство для получения стабилизирован­ ных частот состоит из высокостабильного опорного генератора и генератора гармоник частоты опорного генератора. Структурная схема такого устройства показана на рис. 3.23. Напряжение от опорного генератора подается на вход генератора гармоник, на выходе которого получают ряд высших гармонических составляю­ щих. После генератора ставится узкополосный фильтр, выделяю­ щий рабочую частоту. На выходе возбудителя создается напря­ жение, стабильность частоты которого определяется стабиль­ ностью частоты опорного генератора, а частота — кратная его частоте. Недостаток метода — ограниченное число рабочих час­ тот.

можно выполнить из L- и С-элементов, но они не обеспечивают достаточно узкой полосы. Лучшую фильтрацию обеспечивают электромеханические фильтры, а еще лучшую — кварцевые. Од­ нако применение большого числа кварцевых фильтров в синтеза­ торе нецелесообразно из-за увеличения стоимости и габаритов аппаратуры. Поэтому часто применяют активные фильтры.

Генераторы гармоник, в качестве которых в синтезаторах час­ тоты обычно используют формирователь импульсов, преобразую­ щий входные гармонические колебания эталонного автогенерато­ ра в последовательность коротких импульсов той же частоты. Эти импульсы содержат большое число высших гармоник.

Анализ импульсных колебаний показывает, что определенные последовательности прямоугольных импульсов обеспечивают по­ лучение небольшого числа гармоник, а условию получения боль­ шого числа гармоник с близкими друг другу значениями ампли­ туд наиболее удовлетворяет последовательность импульсов экспо­ ненциальной формы.

Выделение гармоник, частоты которых соответствуют рабочим, осуществляется полосовыми фильтрами. Таким образом, генерато­ ры гармоник совместно с полосовыми фильтрами являются сис­ темами умножителей частоты.

Генераторы гармоник, создающие последовательности прямо­ угольных импульсов, выполняют на логических элементах. Обыч­ но эти генераторы осуществляют не только умножение, но и де­ ление частоты задающего генератора.

Генератор гармоник, создающий последовательность экспо­ ненциальных импульсов, работает по принципу периодического разряда конденсатора на активное сопротивление.

Делители частоты, роль которых в большинстве случаев вы­ полняют триггерные счетчики, выполнены на базе микроэлект­ роники, что уменьшает габаритные размеры и повышает надеж­ ность синтезаторов. Для четкой работы триггерных делителей требуются импульсы прямоугольной формы. Поэтому синусои­ дальные колебания опорного генератора сначала подаются на формирователь, превращающий их в прямоугольные сигналы.

Диодные ключи служат для подключения опорных генерато­

сигнал радиочастоты от автогенератора проходит через ключ поч­ ти без изменения уровня.

При положительном управляющем напряжении + Е У диоды VD1 и VD3 заперты, а диод VD2 отперт. Для радиочастотного сигнала образуются два делителя напряжения. Один из них со­ стоит из запертого диода VD1 и отпертого VD2, другой — из за ­ пертого VD3 и нагрузки коммутатора. Ключ при этом заперт, сиг­ нал от генератора не проходит.

Рис. 3.2G. Структурная схема систе­ мы косвенного синтеза

Все электронные ключи объединяются в общий коммутатор по десять в каждом ряду и в каждом декадном разряде. Выходы коммутаторов одного ряда соединяются вместе и подключаются к преобразователю соответствующего декадного разряда. А на вхо­ ды электронных ключей каждого столбца, также соединенных вместе, подается напряжение опорных частот. В каждом ряду коммутатора одновременно открыт один ключ, все остальные за­ перты. Номер открытого ключа в каждом ряду определяется зна­ чением цифры в соответствующем декадном разряде. Управляют ключами декадные^переключатели, выполняющие набор частоты.

3.13. СИСТЕМЫ ДИАПАЗОННО-КВАРЦЕВОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ЧАСТОТЫ С КОСВЕННЫМ СИНТЕЗОМ

В системах с косвенным синтезом источником колебаний рабочей частоты является перестраиваемый по частоте автогенератор (ПАГ). Частота его непрерывно сопоставляется с частотой эта­ лонного генератора (ЭГ) методом прямого синтеза и подстраи­ вается к ней системой автоподстройки. Эталонная частота может быть получена и в датчике опорной частоты (ДОЧ).

Простейшая структурная схема системы стабилизации с кос­ венным синтезом приведена на рис. 3-26. Здесь ДОЧ имеет эта­

настраивается грубой настройкой на частоту вблизи заданной ра­ бочей гармоники. А система автоподстройки частоты обеспечива­ ет точное совпадение частоты ПЧГ с частотой гармоники ЭГ Ав­ топодстройка осуществляется следующим образом. Колебания о г эталонного генератора ЭГ и перестраиваемого ПАГ подаются ил фазовый детектор ФД. На выходе ФД появляется напряжение, значение которого определяется разностью фаз входных напряже­ ний. Выходное напряжение через ФНЧ воздействует на управляю­ щий элемент УЭ, (например, варикап), который подстраивает час­ тоту ПАГ, приближая ее к частоте эталонного автогенератора ЭГ

Таким образом, на выходе возбудителя с косвенным синте­

зом создается только одно высокостабильное колебание от авто­ генератора ПГ, а частоты гармоник далеко отстоят от основной (рабочей) частоты. Поэтому в таких возбудителях имеется воз­ можность обеспечить лучшую фильтрацию гармоник и получить высокую спектральную частоту выходного колебания.

Классификация систем автоподстройки частоты ведется по виду параметра колебания, на который воздействует выходное напряжение системы. Различают частотную (ЧАП), фазовую (ФАП), частотно-фазовую (ЧФАП), импульсно-фазовую (ИФАП) и другие виды автоподстройки.

3.14. СИСТЕМЫ ЧАСТОТНОЙ И ФАЗОВОЙ АВТОПОДСТРОИКИ ЧАСТОТЫ

Структурная схема частотной автоподстройки частоты приведена на рис. 3.27. В этой системе имеются два автогенератора: квар­ цевый КГ и перестраиваемый ПГ. Колебания от обоих генерато­ ров поступают на смеситель См и смешиваются в нем. С выхода смесителя колебания разностной частоты ©пг—со кг выделяются фильтром и поступают на частотный дискриминатор ЧД. Выраба­ тываемое частотным дискриминатором напряжение через ФНЧ подается на управляющий реактивный элемент (например, вари­ кап) и приближает частоту перестраиваемого генератора к задан­ ному значению-

Недостаток системы ЧАП — неполное устранение влияния де­ стабилизирующих факторов, вследствие чего нестабильность час­ тоты выходных колебаний большая (10-4). Поэтому системы час­ тотной автоподстройки частоты используются только для прибли­ женной («грубой») автоматической подстройки управляемого ге­ нератора.

Структурная схема простейшей системы фазовой автопод­ стройки частоты (ФАП4) приведена на рис. 3.28. Датчик опорных частот (ДОЧ) формирует дискретную сетку опорных частот. Из этой сетки выбирается одна частота, соответствующая требуемой рабочей частоте, и подается на фазовый детектор (ФД). На дру­ гой вход фазового детектора ФД подается колебание от управ­ ляемого генератора плавного диапазона ГУ. В контур перестраи­ ваемого генератора включен управляющий элемент, обычно ва­ рикап.

В режиме автопоиска кольцо ФАП работает следующим обра­ зом. При включении кольца работают оба генератора, опорный и перестраиваемой. Напряжения с выходов обоих генераторов подаются на фазовый детектор ФД. В нем частота генератора ГУ сравнивается с точностью до фазы с высокостабильной частотой опорного генератора ОГ Напряжение на выходе фазового детек­ тора зависит от разности фаз подводимых к нему колебаний от управляемого генератора /гу и опорного генератора for- При наличии на входах фазового детектора (ФД) двух колебаний, близких по частоте, на его выходе появляется переменное перио­

дическое управляющее напряжение, которое после ФНЧ посту­ пает на управляющий элемент, периодически изменяя его реак­ тивное сопротивление. Управляющий элемент (варикап) вызывает изменение частоты управляемого генератора ГУ.

Положительное управляющее напряжение приближает часто­ ту колебаний к частоте колебаний опорного генератора, отрица­ тельное — удаляет. При увеличении разницы между частотами / j-y и /ог управляющее напряжение возрастает и процессы в схеме ускоряются. Когда частота управляющего генератора /гу срав­ нивается с частотой опорного генератора /о г » происходит захват частоты управляемого генератора и процесс подстройки прекра­ щается совсемУправляющее напряжение остается постоянным. Но возможен и пропуск захвата. Если частота управляемого ге­ нератора ГУ прошла весь диапазон и захвата не произошло, то цикл поиска захвата повторяется. Этот процесс называется авто­ поиском.

После захвата колебаний схема работает в режиме автосле­ жения. В этом режиме дискриминатор постоянно сравнивает фазы обеих частот (/гу и /0г ) и вырабатывает управляющее напря­ жение, значение которого пропорционально разности фаз. Посту­ пая через узкополосный ФНЧ на управляющий элемент, управ­ ляющее напряжение воздействует на частоту ГУ так, чтобы со­ хранялся захват частот при действии дестабилизирующих факто­

ров.

Система фазовой автоподстройки частоты реагирует на мед­ ленные изменения разности фаз и не реагирует на быстрые ее изменения. Это достигается выбором очень большого значения постоянной времени #С-фильтра в ФНЧ (порядка нескольких се­ кунд). А поскольку эквивалентная полоса пропускания системы ФАП определяется инерционностью фильтра, ее можно сделать очень узкой (единицы герц). А узкополосный фильтр обеспечива­ ет достаточно большое подавление побочных колебаний, а следо­ вательно. и хорошую спектральную чистоту выходных сигналов.

3.15.СИСТЕМЫ ЧАСТОТНО-ФАЗОВОЙ

ав т о п о д с т р о и к и

Всистемах фазовой автоподстройки частоты (ФАП) в качестве фазового дискриминатора (ФД) используются чаще всего схемы диодного и кольцевого диодного дискриминатора. Лучшие ре­ зультаты дает схема кольцевого дискриминатора, так как в ней при хорошей симметрии в выходном напряжении отсутствуют ко­ лебания подводимых частот и нечетных комбинационных состав'

ляющих.

В системах с ФАП применяют фильтры типа RC и пропорцио­ нально интегрирующие фильтры LC. Для фильтров наиболее важным параметром является крутизна ската амплитудно-частот­ ной характеристики. Фильтры LC обеспечивают наибольшее зна­ чение крутизны ската АЧХ при достаточном постоянстве коэффи­ циента передачи в полосе пропускания. А это в сочетании с до­ статочным быстродействием схемы обеспечивает хорошую ком­ пенсацию флуктуаций частоты управляемого генератора и боль­ шую полосу захвата.

Эти достоинства ФАП обусловили широкое применение их в схемах синтезаторов.

Однако все устройства с простыми схемами ФАП имеют су­ щественный недостаток: низкую достоверность номинального зна­ чения выходной частоты, так как колебания на выходе управляе­ мого генератора могут быть и в отсутствие синхронизма. Этот не­ достаток устраняется включением в кольцо ФАП специальных схем, обеспечивающих синхронизациюНа практике для этого применяют два метода: а) использование схем автопоиска и 6} дополнительной частотной автоподстройки (ЧАП).

В системах с использованием схем автопоиска частота управ­ ляемого генератора изменяется в результате изменения реактив­ ного сопротивления управляемого реактивного элемента (УРЭ) под действием напряжения, поступающего со схемы автопоиска (САП) при срыве синхронизации. Эти напряжения изменяются так, чтобы частота управляемого генератора проходила через по­ лосу захвата системы ФАП, в которой при этом восстанавливает­ ся синхронизм, а САП автоматически отключается.

В системах с дополнительной частотной автоподстройкой час­ тоты (ЧАП) в кольцо ФАП параллельно фазовому детектору включается частотный детектор. В такой системе кольцо ЧАП обеспечивает «грубую» настройку управляемого генератора (ГУ) до тех пор, пока частота ГУ не попадет в полосу захвата ФАП. При этом за счет действия ФАП .погрешность установки частоты ГУ окажется равной нулю и система ЧАП автоматически отклю­ чится. Но, с другой стороны, пока частота управляемого генерато­ ра (ГУ) находится за пределами полосы захвата ФАП, система ФАП не работает, а подстройка генератора осуществляется толь­ ко действием кольца ЧАП.