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 w_пр— преобразуется в смесителе (СМ) в напряжение промежуточной частоты w_пр, усиливается усилителем промежуточной частоты (УПЧ) и подается на частотный дискриминатор (ЧД). Если промежуточная частота сигнала отличается на Dw 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 Dw. Напряжение с ЧД через фильтр нижних частот (ФНЧ) подается на гетеродин (Г) (перестраиваемый генератор), частота сигнала которого перестраивается таким образом, что отклонение Dw уменьшается, в результате чего промежуточная частота с заданной точностью оказывается равной центральной частоте УПЧ w_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 w_пр от ее номинального значения

Dw=w_пр-w_про=Dw_с-Dw_г (1.4)

где w_пр=w_с-w_г; w_с=w_со+Dw_с — частота входного сигнала; w_г=w_го+Dw_г - частота сигнала гетеродина; Dw_с, Dw_г - отклонения частот входного сигнала и гетеродина от номинальных значений w_со, w_го.

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

u_чд=F(Dw) (1.5)

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

u_чд=k_чдDw (1.6)

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

Dw=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

Dw=1/(1+К) Dwс (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 Dw 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; δw_г— нестабильность частоты гетеродина.