Лекция 15 Тема лекции : Автоматическая подстройка частоты в автогенераторах

и сущность методов АПЧ
2. Системы с частотной автоподстройкой частоты.
3. Системы

с фазовой автоподстройкой частоты.
4. Направления совершенствования систем стабилизации частоты

АПЧ.
Работа схемы системы АПЧ.
Сущность статистического метода АПЧ.
Сущность разностно-скоростного метода

АПЧ.

систем автоматического регулирования.
В настоящее время используются следующие методы автоматической подстройки

частоты:
1.Метод ЧАПЧ
2.Метод ФАПЧ
3.Метод ЦАПЧ.
Примерно пятнадцать лет назад были разработаны и запатентованы ещё два метода стабилизации частоты:
- Статистический метод.
- Разностно-скоростной метод.
Часто используются комбинированные методы АПЧ, сочетающие в себе несколько ранее указанных методов одновременно.

играет роль узкополосного фильтра.
Частота стабилизируемого генератора сравнивается с одной

из частот сетки, полученной прямым синтезом. Выходное напряжение сравнивающего устройства по величине и форме зависит от расхождения фаз или частот сравниваемых сигналов. Это напряжение фильт- руется узкополосным фильтром нижних частот (ФНЧ) и используется для регулировки частоты генератора с помощью управителя (РЭ, входящего в колебательный контур генератора).
В зависимости от типа сравнивающего устройства его реакция может быть на разность фаз или разность частот сравниваемых колебаний. Соответственно этому существуют системы с ФАПЧ и ЧАПЧ.

необходимо использование группы генераторов, работающих на одной и той же

час- тоте. Сигнал рассогласования формируется на ос- нове статистической обработки измеренных зна- чений частот этих генераторов за один и тот же временной интервал измерений. После чего с полученным средним значением частоты сигнала сравнивается значение частоты выходного сигнала отдельного стабилизируемого генератора, который подстраивается по полученному сигналу рассо- гласования.

ке подвергаются относительные скорости от- клонений от номинальных значений частот

выходных сигналов двух генераторов, измеря- емых за временной интервал, формируемый третьим генератором. В качестве опорного выбираются генератор, имеющий меньшую относительную скорость уходов его рабочей частоты от номинала.

частотного дискриминатора.
Характеристики дискриминатора и управителя.
Начальная и остаточная расстройка.
Коэффициент ЧАП.
Полоса схватывания

и полоса удержания ЧАП.
Недостатки и применение системы ЧАПЧ.

следующем: сигнал с выхода стабилизируемого генератора fАГ подаётся на частотный

дискрими- натор, настроенный на эталонное значение час- тоты fЭТ.
Сигнал на выходе частотного дискриминатора пропорционален величине рассогласования частот fАГ и fЭТ, с учетом знака этой разности (fАГ – fЭТ). Этот сигнал в виде управляющего напряжения подается на устройство управления, которое пере- страивает генератор и сводит сигнал рассогласова ния к минимальному значению.
В системе ЧАПЧ нет непосредственного сравнения частот. Частота генератора преобразуется в частоту дискриминатора.

но не сводится к нулю.
Отношение начальной расстройки к остаточной носит

название выигрыша ЧАП или коэффици- ента ЧАП: KЧАП =
Величина остаточной расстройки зависит от крутизны характеристик дискриминатора и управителя. Их величины для линейной части характеристик равны:
 

системой с обрат- ной связью, то предел возможного увеличения SуSД

определяется началом ее самовозбуждения.
Для ЧАП существует понятие «полосы схватывания» и «полосы удержания».
«Полоса схватывания» ЧАП определяется максимальной начальной расстройкой подстраиваемого генератора, при которой обеспечивается подстраивающее действие системы ЧАП (при любых начальных условиях).
«Полоса удержания» ЧАП определяется максимальной расстройкой подстраиваемого генератора, для которой сохраняется подстраивающее действие в процессе увеличения начальной расстройки (при непрерывной включенной системе).

и комбинацион- ными колебаниями f + F возникают биения. Амплитудные

биения ограничиваются амплитудным ограничителем, а частотные – детектируются дискриминатором, поэтому колебания с частотой F накладываются на управляющее напряжение. Если эта частота выше частоты среза ФНЧ, то она отфильтруется, а если ниже, то промодулирует коле- бания подстраиваемого генератора.
В случае возникновения паразитной частотной модуляции колебаний подстраиваемого генератора и соблюдения условий, что частота модуляции лежит ниже частоты среза ФНЧ, девиация частоты уменьшается (произойдет демоду- ляция).
Система ЧАП обладает хорошими фильтрующими свойст- вами, но её недостаток, заключающийся в наличии остаточ- ной расстройки, делает ее неприменимой в синтезаторах частот.
Чаще всего ЧАП играет вспомогательную роль.

ФАПЧ.
Характеристика фазового детектора.
Характеристика управителя.
Полоса схватывания и полоса удержания ФАПЧ.

подаются 2 сигнала: с выхода генератора и от опорного

(эталонного) генератора. На выходе ФД сигнал по величине и знаку разности фаз, подава- емых на его вход колебаний. Этот сигнал фильтру- ется, усиливается и подаётся на УУ, которое управ- ляет фазой генератора и компенсирует имею- щийся фазовый сдвиг.
Схема ФАПЧ может быть выполнена с предвари- тельным преобразованием частоты f.
Закон изменения выходного напряжения детек- тора от разности фаз подводимых колебаний мо- жет быть различным. Чаще всего используют ФД с косинусоидальной или пилообразной фазовой характеристикой.

f /, при кото- рой происходит схватывание, если изменение

её шло от большей величины к меньшей, называется полосой схватывания или захвата ФАПЧ (удвоен- ное значение потому, что подводить fГ к f можно с двух сторон).
Удвоенное значение разности / fГ − f /, при кото- рой происходит срыв подстройки частоты, если изменение ее шло от меньшей величины к боль- шей, называется полосой удержания ФАПЧ.
Полоса удержания ФАПЧ значительно превос- ходит полосу захвата.
Расширению полосы удержания есть предел, который определяется устойчивостью кольца ФАПЧ до наступления самовозбуждения.

АПЧ.
Актуальное направление работы по совершен- ствованию систем АПЧ.

воздействию внешних факторов;
-применение микроминиатюрной элементной базы;
-применение новых материалов;
-применение цифровых систем

преобразования частоты и микропроцессоров;
-использование новых физических явлений и эффектов;
-использование комбинированных систем стабилизации частоты, соче­тающих например атомные генераторы, обеспечивающие высокую долговременную стабильность частоты и кварцевые генераторы, обеспечивающие высокую кратковременную стабильность;
-одним из важных направлений стабилизации частоты генераторов яв­ляется использование спутниковых систем синхронизации.

частоты генераторов до уровня, соответствующего атомным стандартам частоты при сравнительно

малых массо-габа­ритных характеристиках, энергопотреблении и стоимости генераторов. Одним из интересных и перспективных направлений совершенствования систем стабилизации частоты является использование методов статистической обработки выходных сигналов генераторов из группы генераторов, при измерении параметров их выходных сигналов за один и тот же временной интервал измерений. Математическое моделирование показывает перспективность исследований, проводимых в этой области.