Автоматическая подстройка частоты генератора

Автоматическая подстройка частоты автогенераторов

Системы автоматической подстройки частоты (сокращенно АПЧ) служат для стабилизации и управления частотой автогенераторов по эталонному сигналу. С ее помощью можно на несколько порядков повысить стабильность частоты колебаний автогенератора. Разнообразно применение систем АПЧ в радиоприемных и радиопередающих устройствах. Назовем наиболее типичные случаи их использования:

  • • в синтезаторах частоты, с помощью которых формируется дискретное множество частот при одном эталонном сигнале;
  • • для стабилизации частоты мощных автогенераторов по слабому сигналу эталонного автогенератора, что позволяет существенно сократить число ВЧ или СВЧ усилительных каскадов;

• для автоматической подстройки частоты гетеродина радиоприемника по принимаемому сигналу.

В зависимости от способа получения сигнала ошибки различают: устройства частотной автоподстройки частоты (ЧАП), фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) и комбинированные. В устройствах ЧАП сигнал ошибки вырабатывается путем сравнения частот сигналов эталонного и стабилизируемого автогенераторов, в устройствах ФАПЧ — путем сравнения фаз тех же сигналов.

По виду сигнала в цепи управления устройства АПЧ подразделяются на непрерывные при аналоговом сигнале и дискретные. Последние, в свою очередь, в зависимости от метода квантования сигнала подразделяются на: релейные (при квантовании по уровню), импульсные (при квантовании по времени) и цифровые (при квантовании по уровню и времени).

Обобщенная структурная схема АПЧ простого типа приведена на рис. 15.1. В схеме производится сравнение сигналов эталонного и стабилизируемого автогенераторов, в результате чего вырабатывается сигнал ошибки. После усиления и фильтрации этот сигнал с помощью управляющего звена воздействует на частоту стабилизируемого автогенератора, автоматически устанавливая ее равной частоте эталонного генератора. В схему может входить также устройство поиска, осуществляющее ввод системы в режим автоматического регулирования.

Кратко остановимся на звеньях, входящих в систему АПЧ. В качестве эталонного генератора в них используется высокостабильный кварцевый автогенератор или молекулярный стандарт частоты, например, водородный, а также радиосигнал, передаваемый по каналу радиосвязи. Стабилизируемым генератором обычно служит автогенератор с параметрической стабилизацией частоты. В качестве звена фильтрации применяется фильтр нижних частот, а звена управления частотой стабилизируемого генератора — устройство с варикапом или с ферритом.

Звеном сравнения сигналов в системе ЧАП является частотный дискриминатор, напряжение на выходе которого зависит от разности частот стабилизируемого и эталонного автогенераторов, а в системе ФАП — фазовый дискриминатор, напряжение на выходе которого зависит от разности фаз тех же сигналов.

Типовые характеристики четырех звеньев: фильтра, управляющего звена, частотного и фазового дискриминаторов, приведены на рис. 15.2.

Схема фазовой автоподстройки частоты принципиально не отличается от схемы частотной автоподстройки. Только в системе ФАПЧ вместо частотного дискриминатора применяется фазовый, напряжение на выходе которого зависит от разности фаз входных сигналов.

Система ЧАП является частным случаем системы автоматического регулирования с отрицательной обратной связью с коэффициентом регулирования iTper = SySa. В результате ее действия частота стабилизируемого генератора отличается от частоты эталонного генератора на величину, называемую остаточной расстройкой:

где А/н — начальная расстройка, равная первоначальному отклонению частоты стабилизируемого генератора от частоты эталонного.

Согласно (15.1) в результате действия системы ЧАП удается в Крег раз уменьшить отклонение частоты генератора от номинального значения. Поскольку значение Крег = 1000 и более, то в то же число раз удается улучшить стабильность частоты управляемого генератора.

В системе ФАП после окончания переходного процесса устанавливается постоянная разность фаз между сигналами стабилизируемого и эталонного генераторов, что следует из диаграммы, представленной на рис. 15.3, на котором показана точка пересечения двух графиков — характеристики фазового дискриминатора и управляющего звена.

Поскольку постоянство разности фаз колебаний означает равенству частот тех же колебаний, то система ФАП устанавливает точное равенство частот. Небольшое отклонение от номинального значения может возникать только по причине действия помех на систему авторегулирования.

Таким образом, обе системы — ЧАП и ФАП — осуществляют автоматическую подстройку частоты, но вторая из них обеспечивает более высокую точность и поэтому чаще применяется в современных системах АПЧ.

Автоматическая подстройка частоты

Автоматическая подстройка частоты (АПЧ) применяется для обеспечения высокой стабильности частоты гетеродинов и как дополнение к системам автоматической настройки приемников. Основными элементами цепей АПЧ являются датчик рассогласования, который вырабатывает сигнал ошибки^ и управляющий элемент. В зависимости от вида датчика рассогласования различают частотную автоподстройку частоты (ЧАПЧ) и фазовую автоподстройку частоты (ФАПЧ). В этом параграфе рассмотрим ЧАПЧ.

Структурная схема приемника с ЧАПЧ приведена на рисунке 6.21. В цепь ЧАПЧ входит частотный детектор ЧД, являющийся датчиком рассогласования, и управляющий элемент УЭ. Частотный детектор (иногда его называют дискриминатором) преобразует отклонение частоты от номинальной в управляющее напряжение.

Структурная схема тракта приема с частотной автоподстройкой частоты

Рисунок 6.21 — Структурная схема тракта приема с частотной автоподстройкой частоты

Статическая характеристика частотного детектора Uy = r|(Af) представлена на рисунке 6.22. Величина и знак управляющего выходного напряжения ЧД зависят от величины и знака ухода частоты от номинальной. При отклонении частоты от номинальной на выходе ЧД появляется управляющее напряжение, которое воздействует на управляющий элемент так, чтобы частота гетеродина изменилась в сторону уменьшения появившейся расстройки. Гетеродин с управляющим элементом называют генератором управляемым напряжением (ГУН). Управляющим элементом может быть, например, варикап, включенный в контур гетеродина. Характеристика управляющего элемента Afy = |/(Uy) (рисунок 6.23) должна иметь наклон, противоположный наклону характеристики ЧД, чтобы осуществлялся процесс подстройки частоты, а не расстройки в цепи АПЧ. Другими словами, в кольце автоподстройки должна быть ООС по регулируемому параметру, в данном случае по частоте. Только при этом управляющее воздействие будет направлено на компенсацию появившейся расстройки. В результате начальная расстройка AfH уменьшится до величины остаточной расстройки AfocT, называемой статической ошибкой, характеризующей точность подстройки ЧАПЧ. В цепях с электронной АПЧ остаточная расстройка не равна нулю в принципе, так как расстройка уменьшается вследствие воздействия управляющего напряжения на УЭ. Если Uy = 0, то расстройка будет равна начальной. Такие системы, у которых AfocT Ф 0, называются статическими. В частности ЧАПЧ — статическая по частоте.

Рисунок 6.22 — Статическая характеристика частотного детектора

Рисунок 6.23 — Характеристика управляющего элемента

График определения остаточной расстройки

Рисунок 6.24 — График определения остаточной расстройки

Точность (эффективность) ЧАПЧ характеризуют коэффициентом автоподстройки, равным отношению начальной расстройки к остаточной, то есть Капч = Afe / Afocr- Определим Кдпч графически. Для этого построим в одних координатах характеристику ЧД и объекта регулирования гетеродина с УЭ, причем характеристику УЭ сместим по оси частот на величину начальной расстройки AfH (рисунок 6.24). Как следует из рисунка, точка пересечения характеристик (совместное графическое решение уравнений) определяет остаточную расстройку. Для упрощения и наглядности рабочие области характеристик ЧД и УЭ полагаются линейными, хотя их нелинейность практически не влияет на действие АПЧ.

Из рисунка 6.24 коэффициент автоподстройки:

Поскольку tgy — tg(l80 — P) = — tgP, то в (6.3)

Здесь Sd = dUy / d(Af) = tga — крутизна характеристики ЧД; Sy = d(Af) / d Uy = tgP — крутизна характеристики управляющего элемента.

АПЧ работает устойчиво в области, где Sg Sy 0 будет неустойчивый либо неэффективный стационарный режим. На рисунке 6.25 в области между точками 4,3,5 в цепи АПЧ будет неэффективный стационарный режим, а в области между точками 2, 5 будет неустойчивое состояние, в котором система не может находиться.

Из графиков рисунка 6.25 можно определить полосы удержания и захвата. Допустим, система ЧАПЧ находится в эффективном стационарном режиме и по мере увеличения начальных расстроек остаточные расстройки определяются пересечением характеристик в области от нуля до точки 1. При дальнейшем медленном увеличении начальных расстроек до точки 2 система еще сохраняет устойчивое состояние. В точке 2 она скачком переходит в точку 3, в неэффективный стационарный режим, где остаточная расстройка (абцисса точки 3) практически равна начальной расстройке Afkr Начальная расстройка, при которой система скачком переходит из точки 2, предельного состояния эффективного стационарного режима в точку 3, неэффективного стационарного режима, характеризует полосу удержания (Afyg = Д1нз). Таким образом, полоса удержания системы АПЧ определяется расстройкой управляемого генератора, при которой еще сохраняется подстраивающее действие при медленном увеличении начальной расстройки.

Читайте также  Съемник генератора скутера 4т qmb 139

Для определения полосы захвата предположим, что начальная расстройка велика (Affu), система находится в неэффективном стационарном режиме (точка 4), остаточная расстройка почти равна начальной (AfocT.4

AfjM). При уменьшении начальных расстроек неэффективный стационарный режим сохраняется до точки 5, где система скачком переходит в устойчивый эффективный стационарный режим (в точку 1) с остаточной расстройкой AfocT.i « AfHi. Эта область начальных расстроек и характеризует полосу захвата (Af3 = AfHi). Таким образом, полоса захвата определяется расстройкой подстраиваемого генератора, при которой обеспечивается эффективный стационарный режим АПЧ при любых начальных условиях, например, при быстром изменении частоты, пропадании и восстановлении сигнала вследствие замираний, выключении и включении передатчика и / или приемника и т.д.

Полосы захвата и удержания в ЧАПЧ определяются только статическими характеристиками ЧД и УЭ независимо от фильтра нижних частот ФНЧ на выходе ЧД, хотя он играет очень важную роль, поскольку определяет фильтрующую способность и динамические свойства АПЧ в целом (спектральные параметры выходного сигнала, длительность и качество переходных процессов, устойчивость), как и вообще в цепи с обратной связью.

Основы радиолокации

Колебания температуры и питающих напряжений могут вызывать некоторые изменения частоты как в передатчике радиолокатора, так и в составных элементах приемника (местный гетеродин). Это приводит к снижению эффективности радиолокатора. Для компенсации частотной расстройки в радиочастотных приемных устройствах применяют автоматическую подстройку частоты (АПЧ). В англоязычных источниках этот метод и соответствующие каскады называют Automatic Frequency Control (AFC) .

Рисунок 1. Структурная схема радиоприемника с автоматической подстройкой частоты

Рисунок 1. Структурная схема радиоприемника с автоматической подстройкой частоты

Автоматическая подстройка частоты в радиоприемниках

В данном варианте (Рисунок 1) цепи АПЧ используются для точной подстройки частоты гетеродина по некоторому внешнему сигналу, частота которого заранее неизвестна. Принцип функционирования схемы АПЧ основан на том, что промежуточная частота имеет фиксированное, наперед заданное, значение. Таким образом, в схеме АПЧ определяется разница между фактической частотой гетеродина и требуемым ее значением на основании информации о величине и знаке отклонения разностной частоты от заданного значения промежуточной частоты. При этом вырабатывается управляющее напряжение, пропорциональное этому отклонению.

Управление частотой гетеродина осуществляется при помощи варикапа — электронного прибора, емкость которого зависит от величины приложенного к нему напряжения. Варикап включают в резонансный контур гетеродина; при изменении его емкости меняется резонансная частота этого контура и, соответственно, меняется частота гетеродина. Предположим, например, что промежуточная частота равна 10,7 МГц и местный гетеродин формирует колебание на частоте, меньшей частоты принимаемого сигнала. В таком случае, при уменьшении частоты гетеродина значение разностной частоты на выходе смесителя будет увеличиваться и ее значение станет отличаться от заданного значения промежуточной частоты. Вследствие этого, на выходе частотного дискриминатора увеличивается напряжение, уменьшая емкость варикапа и, следовательно, увеличивая частоту гетеродина до требуемого значения. Если же теперь частота колебания на выходе гетеродина увеличится, то разностная частота уменьшится и уменьшится напряжение на варикапе и частота гетеродина также уменьшится.

Для функционирования описанной схемы АПЧ требуется относительно постоянная амплитуда входного (принятого) сигнала. Поэтому такая схема используется в радиоприемниках, FM-передатчиках и синтезаторах частоты. Очевидно, что для радиолокационных систем такая схема АПЧ малопригодна.

Рисунок 2. Структурная схема автоматической подстройки частоты в радиолокатре (вариант 1)

Рисунок 2. Структурная схема автоматической подстройки частоты в радиолокатре (вариант 1)
(интерактивный рисунок)

Автоматическая подстройка частоты в радиолокаторах

Автоматическая подстройка частоты применяется в некогерентных радиолокаторах или в радиолокаторах с эквивалентной когерентностью в двух имеющих некоторые сходства вариантах:

  1. Приемник настраивается по частоте сигнала передатчика (Рисунок 2);
  2. Передатчик настраивается по частоте сигнала в приемнике (Рисунок 3).

В обоих вариантах используется некотрая часть сигнала передатчика, получаемая при помощи направленного ответвителя, установленного в тракте прохождения сигнала перед антенным переключателем. Это высокочастотный сигнал смешивается с сигналом гетеродина для получения сигнала промежуточной частоты системы АПЧ. Этот сигнал подается на частотный дискриминатор, на выходе которого возникает сигнал, амплитуда которого пропорциональна величине отклонения частоты сигнала промежуточной частоты системы АПЧ от заданного значения промежуточной частоты, а полярность соответствует направлению этого отклонения. Если частота сигнала промежуточной частоты системы АПЧ равна центральной частоте дискриминатора, то на его выходе напряжение равно нулю. Центральная частота дискриминатора, по сути, представляет собой эталонное значение промежуточной частоты. Таким образом, напряжение на выходе дискриминатора является управляющим напряжением гетеродина, настраивающим его частоту на нужное значение.

Во втором варианте схема подстройки управляет частотой передатчика, а не частотой местного гетеродина! В этом случае частота передатчика будет подстраиваться по более стабильной частоте местного гетеродина.

Рисунок 3. Структурная схема автоматической подстройки частоты в радиолокатре (вариант 2)

Рисунок 3. Структурная схема автоматической подстройки частоты в радиолокатре (вариант 2)

Первый вариант используется в устаревших или недорогих радиолокаторах, в которых передающая система строится на основе автогенератора, например, магнетронного генератора. Такие генераторы работают на фиксированной частоте, заданной конструкцией генератора, без возможности ее изменения. Второй вариант используется, когда частота колебаний генераторного прибора (лампы) может изменяться. Часто такое изменение частоты выполняется механическим способом, например, введением штока в полость резонатора магнетрона, что приводит к изменению объема резонатора и, как следствие, к изменению рабочей частоты магнетрона.

В радиолокаторах с истинной когерентностью нет необходимости в подобных схемах. Частота сигнала, используемого в передатчике, и сигнала, используемого в приемнике, формируется одним общим задающим генератором, чем обеспечивается оптимальная фазовая когерентность и высокая стабильность частоты всей системы.

Издатель: Кристиан Вольф, Автор: Андрей Музыченко
Текст доступен на условиях лицензий: GNU Free Documentation License
а также Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported License,
могут применяться дополнительные условия.
(Онлайн с ноября 1998 года)

Автоматическая подстройка частоты (АПЧ). АПЧ гетеродина

Автоматическая подстройка частоты (АПЧ) — устройство или метод автоматического изменения и удержания необходимой частоты электрических колебаний генератора. В процессе работы РЛС частота передатчика и гетеродина неизбежно изменяются под воздействием различных дестабилизирующих факторов. Основными из этих факторов являются изменения:
• параметров резонансных элементов передатчика и гетеродина из-за влияния колебаний температуры, влажности, давления;
• режима питания генераторов в результате нестабильности источников питания;
• нагрузки передатчика за счет непостоянства связи с антенной при ее вращении.
В результате относительного изменения частот гетеродина и передатчика разностная частота будет отличаться от номинального значения промежуточной частоты и спектр сигнала частично или полностью уйдет за пределы полосы пропускания УПЧ, и как следствие неизбежно ухудшение чувствительности приемника, а при полном уходе спектра за пределы полосы пропускания — прекращение приема.
Следовательно, необходимо обеспечить постоянство разностной частоты путем автоматического слежения частоты одного генератора за изменением частоты другого. Обычно «следящей» частотой является частота гетеродина. В РЛС используется как ручная, так и автоматическая подстройка частоты (АПЧ) гетеродина приемника, обеспечивающая выполнение равенства:

где значения частот, генерируемых соответственно гетеродином приемника и импульсным магнетроном передатчика.
Системы АПЧ представляют собой замкнутые системы автоматического регулирования и предназначены для поддержания разности частот между частотой сигнала, излученного в пространство, и сигналом местного гетеродина, равной промежуточной.
Работа системы автоматической подстройки становится понятной после рассмотрения характеристики дискриминатора системы АПЧ относительно частотной характеристики УПЧ:

Читайте также  Ток обмотки возбуждения генератора переменного тока

Частотная характеристика АПЧ

Частотная характеристика АПЧ

Такую характеристику имеет устройство, схема которого представлена ниже.

Автоматическая подстройка частоты

Автоматическая подстройка частоты

Частотный дискриминатор служит для получения напряжения рассогласования с полярностью, зависящей от знака расстройки; величина этого напряжения пропорциональна величине расстройки.
Подстройка частоты гетеродина приемника будет осуществляться, если величина расстройки по частоте не превышает зоны захвата. Если расстройка по частоте будет больше зоны захвата, тогда система АПЧ не будет работать.
Для того чтобы система АПЧ работала при любых расстройках частоты, на схему, управляющую частотой гетеродина, подается пилообразное напряжение «поиска» сигнала с периодом следования зондирующих импульсов. Как только частота гетеродина становится такой, что значение промежуточной частоты на выходе смесителя попадает в полосу захвата АПЧ, напряжение на входе управляющей схемы запоминается и начинает работать система АПЧ.
Существующие системы АПЧ можно классифицировать по следующим признакам:
а). По виду дискриминатора
• система частотной автоподстройки;
• система фазовой автоподстройки.
b). По параметру
• система автоподстройки разностной частоты;
• система стабилизации абсолютного значения частоты;
c). По типу управителя
• электронные;
• электрические;
d). По способу настройки стабилизируемого параметра
• следящие;
• поисковые;
e). По виду эталона частоты:
• с активным эталоном (кварц);
• с пассивным эталоном (резонансные системы);
В современных РЛС необходимость системы АПЧ отпадает. В таких РЛС передатчик работает как усилитель СВЧ. Напряжение возбуждения передатчика формируется на высокостабильных транзисторах, которые используются одновременно для формирования гетеродинных напряжений приемника. В этом случае, если даже произойдет изменение частоты задающего генератора, на такую же величину изменится частота гетеродина.

Автоматическая подстройка частоты

Автоматическая подстройка частоты должна непрерывно обеспечивать оптимальное расположение спектра принимаемого сигнала в полосе пропускания приемника при вызываемых различными причинами изменениях частоты передатчика и настройки цепей приемника.

Системы АПЧ можно разделить на два класса в зависимости от признака, на основании которого вырабатывается сигнал ошибк настройки частоты, необходимый для подстройки. Если этим признаком является отклонение частоты сигнала от переходной частоты какой-либо цепи, то говорят о частотной системе АПЧ (ЧАПЧ). Строится на базе частотного детектора. Если признаком отклонения частот для системы АПЧ является отличие фазы колебаний входящего сигнала от фазы опорного колебания, то говорят о фазовой системе АПЧВ (ФАПЧ). Строится на базе фазового детектора.

Частотная автоподстройка частоты

В состав системы ЧАПЧ промежуточной частоты входят смеситель и УПЧ. Сигнал с выхода смесителя поступает на частотный дискриминатор (ЧД), который вырабатывает напряжение, пропорциональное расстройке промежуточной частоты от переходной частоты ЧД. Это напряжение может быть усилено: в нем с помощью ФНЧ подавляются высокочастотные составляющие, вызванные наличием модуляции. Затем это регулировочное напряжение подается через управляющий элемент на гетеродин и подстраивает его частоту так, чтоб расстройка уменьшалась. Структурная схема системы ЧАПЧ представлена на рис. 4.32.

Структурная схема системы ЧАПЧ

Рис. 4.32. Структурная схема системы ЧАПЧ

Рис. 4.33. Встречное включение варикапо в колебательной системе

В качестве управляющего элемента может быть использован любой электронный или электронно-механический прибор с управляемой напряжением реактивностью. Подстройка частот осуществляется за счет изменения реактивност колебательных контуров или резонансных систем автогенератора. Чаще всего используют варикапы. Для уменьшения нелинейности настроечной характеристики, уменьшения детекторног эффекта рекомендуется использовать встречное включение двух варикапов, как это показано на рис. 4.33.

Средством описания системы гетеродин — регулятор частоты является характеристика регулятора частоты, т. е. зависимость частоты гетеродина/г от величины регулировочного напряжения ?РСГ, ее возможный вид представлен на рис. 4.34.

Характеристика регулятора частоты При этом вводится понятие крутизны регулятора частоты

Рис. 4.34. Характеристика регулятора частоты При этом вводится понятие крутизны регулятора частоты

Частотный детектор обязательно должен иметь в своей детекторной характеристике точку перехода через ноль и ось симметрии. То есть детекторная характеристика должна иметь вид, представленный на рис. 4.35.

Детекторная характеристика ЧД

Рис. 4.35. Детекторная характеристика ЧД

При этом ЧД имеет следующие характеристики:

/ переходная частота, обычно выбирается равной номинальной промежуточной частоте/ном;

5ЧД = О V/А — средняя крутизна.

Одним из основных способов описания системы АПЧ является статическая характеристика, т. е. зависимость остаточной расстройк по частоте Д/ст от начальной Д/ПдЧ. Ее вид представлен на рис. 4.36.

Статическая характеристика системы ЧАПЧ

Рис. 4.36. Статическая характеристика системы ЧАПЧ

Основными параметрами системы ЧАПЧ являются:

  • 1. Полоса захвата — это диапазон начальных расстроек частоты в пределах которого система АПЧ переходит в режим слежения, есл этот режим нс был установлен заранее.
  • 2. Полоса удержания — это диапазон начальных расстроек, в пределах которого возможно сохранение режима слежения, если этот режим был установлен заранее.
  • 3. Коэффициент автоподстройки частоты определяет, во скольк раз система АПЧ уменьшает начальную расстройку по частоте.

Так же эту величину можно определить через параметры системы:

Величины полосы удержания и полосы захвата определяются формой характеристик регулятора частоты и ЧД, точнее величиной апертуры ЧД и крутизной регулятора частоты, которые, в свою очередь, зависят от схемотехники этих узлов. Ширина полосы захвата обычно несколько меньше апертуры ЧД, а полосы удержания в несколько раз больше.

Фазовая автоподстройка частоты

При использовании фазового метода автоматической подстройки частоты промежуточная частота в приемнике подстраивается, путе перестройки гетеродина, под высокостабильную частоту опорного генератора (ОГ) с помощью напряжения расстройки, формируемого фазовым детектором (ФД). ФНЧ в системе ФАПЧ определяет степень е инерционности. Структурная схема системы ФАПЧ промежуточно частоты приведена на рис. 4.37.

Структурная схема системы ФАПЧ

Рис. 4.37. Структурная схема системы ФАПЧ

Одним из способов описания системы ФАПЧ, так же как и для ЧАПЧ, является статическая характеристика. Ее вид представле на рис. 4.38.

Статическая характеристика системы ФАПЧ

Рис. 4.38. Статическая характеристика системы ФАПЧ

Коэффициент автоподстройки системы ФАПЧ в установившемся режиме равен бесконечности, т. е. промежуточная частота будет соответствовать частоте опорного генератора с точностью до фазы. Полосы удержания Д?2У и захвата Дй3 определяются характеристиками ФНЧ и регулятора частоты.

Автоматическая подстройка частоты генератора

По своему схемному решению генераторы с независимым возбуждением, выполненные с автоматической подстройкой частоты (рис. 4.5.) близки к генераторам с самовозбуждением.

Предварительный усилитель, выходные каскады усилителя мощности и схема согласования генератора с колебательной системой выполнены без изменений.

Отличие таких генераторов заключается в наличии задающего генератора, выполненного на элементах D.D.1 по схеме перестраиваемого мультивибратора. Рабочая частота задающего генератора изменяется за счет внешнего управляющего напряжения.

Управляющее напряжение вырабатывается устройством обратной связи, выполненном на трансформаторе Т3 и элементах VD13, VD14, R11, R12, C6.

Схема автоматической подстройки частоты обеспечивает контроль параметров акустической мощности, отдаваемой в нагрузку и выработку электрического сигнала, пропорционального изменению этой акустической мощности. Выработанный обратной связью электрический сигнал обеспечивает быстрое изменение параметров задающего генератора .

Выполненная таким образом обратная связь обеспечивает постоянство акустической мощности излучаемой энергии.

Для контроля параметров акустической мощности, отдаваемой в нагрузку используются три вида устройств, формирующих сигнал обратной связи.

1. Устройства, позволяющие получать сигнал обратной связи путем контроля параметров электрической цепи, соединяющей генератор с колебательной системой.

2. Устройства, регистрирующие механические колебания ультразвуковой колебательной системы.

3. Устройства, регистрирующие ультразвуковые колебания в обрабатываемых средах.

Устройство третьего типа не пригодно для использования в многофункциональных УЗ аппаратах из-за многообразия используемых рабочих объемов и необходимости выполнения различных технологических операций.

Устройство второго типа требует применения специальных преобразователей, соединения их с рабочей колебательной системой. Это усложняет конструкции колебательных систем и на практике используется крайне редко.

Читайте также  Автономные источники питания дизель генераторы

Поэтому, наиболее широкое распространения получили устройства третьего типа, в которых в качестве сигнала обратной связи используется составляющая тока скомпенсированного преобразователя, соответствующая, при определенных условиях, значению тока в механической ветви преобразователя.

Для получения сигнала обратной связи цепь согласования генератора и колебательной системы дополнена трансформатором Т3. Индуктивность компенсирующего L1, при оптимальной компенсации собственной емкости колебательной системы, обеспечивает равенство тока в первичной обмотке трансформатора Т3, току в механической ветви преобразователя.

Сигнал обратной связи подается на задающий генератор и обеспечивает его перестройку в соответствии с изменениями параметров колебательной системы и акустических свойств обрабатываемой среды.

Рис.4.5. Принципиальная схема генератора с независимым возбуждением и автоподстройкой частоты.

Кроме перестройки рабочей частоты задающего генератора сигнал обратной связи используется для стабилизации амплитуды колебательной системы. Для этого сигнал обратной связи подается на предварительный усилитель и изменяет параметры усиления.

Для включения генератора не заданный промежуток времени используется таймер на элементах D.D1.3. и D.D.3. Рассмотренный генератор с независимым возбуждением, выполненный по схеме с автоматической подстройкой частоты обеспечивает отслеживание всех возможных изменений собственной резонансной частоты колебательной системы и параметров обрабатываемых сред, стабилизацию амплитуды колебаний рабочего инструмента.

Достоинства такого генератора позволили использовать их в многофункциональных УЗ аппаратах мощностью 160 и 400.

Однако, при изготовлении ультразвуковых аппаратов, предназначенных для длительной эксплуатации а производственных условиях используют более сложные схемы генераторов с независимым возбуждением и автоматической подстройкой частоты. Одна из таких схем представлена на рис. 4.6. (задающий генератор, схемы управления и предварительный усилитель) и рис.4.7. (источники питания, усилитель мощности и схемы формирования сигнала обратной связи и защиты генератора).

Отличительной особенностью показанного на рис. 4.6. и рис.4.7. генератора является выполнение задающего генератора на специализированной микросхеме D.D.1 управляемого генератора (типа 561ГГ1). Предусмотренная в генераторе регулировка выходной мощности осуществляется с использованием схемы широтно-импульсной модуляции, обеспечивающей формирование изменяющихся по длительности прямоугольных импульсов и подачу их на предварительный усилитель, выполненный на транзисторах VT8 — VT11. В выходном каскаде — усилителе мощности предусмотрено измерение токов, протекающих через выходные транзисторы. При превышении тока, протекающего через транзисторы, определенной величины, установленной резистором R9, вырабатывается сигнал защиты, выключающий генерацию в задающем генераторе и исключающий протекание через транзисторы выходного каскада недопустимых по величине токов. Передача сигнала защиты от выходного каскада к задающему генератору осуществляется через оптрон VU1.

Рис.4.6. Принципиальная схема предварительных каскадов генератора повышенной мощности.

Рис.4.7. Принципиальная схема выходных каскадов генератора повышенной мощности.

Сигнал обратной связи формируется с помощью дифференциального трансформатора TR4. Получаемый на выходной обмотке этого трансформатора сигнал пропорционален току механической ветви ультразвуковой колебательной системы и обеспечивает перестройку задающего генератора в соответствии с изменениями параметров колебательной системы и акустических параметров обрабатываемых сред.

Для обеспечения согласования генератора с различными колебательными системами используются перестраиваемые выходной трансформатор TR3 и компенсирующий дроссель L4.

Дата добавления: 2015-02-25 ; просмотров: 3221 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Автоматическая подстройка частоты (АПЧ). АПЧ гетеродина

Автоматическая подстройка частоты (АПЧ) — устройство или метод автоматического изменения и удержания необходимой частоты электрических колебаний генератора. В процессе работы РЛС частота передатчика и гетеродина неизбежно изменяются под воздействием различных дестабилизирующих факторов. Основными из этих факторов являются изменения:
• параметров резонансных элементов передатчика и гетеродина из-за влияния колебаний температуры, влажности, давления;
• режима питания генераторов в результате нестабильности источников питания;
• нагрузки передатчика за счет непостоянства связи с антенной при ее вращении.
В результате относительного изменения частот гетеродина и передатчика разностная частота будет отличаться от номинального значения промежуточной частоты и спектр сигнала частично или полностью уйдет за пределы полосы пропускания УПЧ, и как следствие неизбежно ухудшение чувствительности приемника, а при полном уходе спектра за пределы полосы пропускания — прекращение приема.
Следовательно, необходимо обеспечить постоянство разностной частоты путем автоматического слежения частоты одного генератора за изменением частоты другого. Обычно «следящей» частотой является частота гетеродина. В РЛС используется как ручная, так и автоматическая подстройка частоты (АПЧ) гетеродина приемника, обеспечивающая выполнение равенства:

где значения частот, генерируемых соответственно гетеродином приемника и импульсным магнетроном передатчика.
Системы АПЧ представляют собой замкнутые системы автоматического регулирования и предназначены для поддержания разности частот между частотой сигнала, излученного в пространство, и сигналом местного гетеродина, равной промежуточной.
Работа системы автоматической подстройки становится понятной после рассмотрения характеристики дискриминатора системы АПЧ относительно частотной характеристики УПЧ:

Частотная характеристика АПЧ

Такую характеристику имеет устройство, схема которого представлена ниже.

Автоматическая подстройка частоты

Частотный дискриминатор служит для получения напряжения рассогласования с полярностью, зависящей от знака расстройки; величина этого напряжения пропорциональна величине расстройки.
Подстройка частоты гетеродина приемника будет осуществляться, если величина расстройки по частоте не превышает зоны захвата. Если расстройка по частоте будет больше зоны захвата, тогда система АПЧ не будет работать.
Для того чтобы система АПЧ работала при любых расстройках частоты, на схему, управляющую частотой гетеродина, подается пилообразное напряжение «поиска» сигнала с периодом следования зондирующих импульсов. Как только частота гетеродина становится такой, что значение промежуточной частоты на выходе смесителя попадает в полосу захвата АПЧ, напряжение на входе управляющей схемы запоминается и начинает работать система АПЧ.
Существующие системы АПЧ можно классифицировать по следующим признакам:
а). По виду дискриминатора
• система частотной автоподстройки;
• система фазовой автоподстройки.
b). По параметру
• система автоподстройки разностной частоты;
• система стабилизации абсолютного значения частоты;
c). По типу управителя
• электронные;
• электрические;
d). По способу настройки стабилизируемого параметра
• следящие;
• поисковые;
e). По виду эталона частоты:
• с активным эталоном (кварц);
• с пассивным эталоном (резонансные системы);
В современных РЛС необходимость системы АПЧ отпадает. В таких РЛС передатчик работает как усилитель СВЧ. Напряжение возбуждения передатчика формируется на высокостабильных транзисторах, которые используются одновременно для формирования гетеродинных напряжений приемника. В этом случае, если даже произойдет изменение частоты задающего генератора, на такую же величину изменится частота гетеродина.

Методы автоматической подстройки частоты

Суть АПЧ состоит в том, что частота колебаний генератора преобразуется к частоте некоторого эталона (высокостабильного колебания), сравнивается : этим эталоном, и полученная ошибка используется для устранения нестабильности частоты генератора.

В зависимости от схемы сравнивающего устройства системы АПЧ подразделяются на системы частотной автоподстройки (ЧАП), системы фазовой автоподстройки (ФАП) и системы импульсно-фазовой автоподстройки (ИФАП). В системах ЧАП в качестве сравнивающего устройства служит частотный детектор (ЧД), в системах ФАП – фазовый детектор (ФД), а в системах ИФАП – импульсно-фазовый детектор (ИФД).

Недостатком систем частотной автоподстройки является наличие остаточной расстройки автогенератора, устранение которой требует специальных мнительных мер. По этой причине системы ЧАП не находят в настоящее время широкого применения.

Рассмотрим подробнее систему ФАП, принцип работы которой поясняется рис. 2.6.

Выходное колебание синтезатора создает управляемый генератор (УГ)1, автоматически подстраиваемый кольцом ФАП. Для осуществления автоподстройки колебания УГ преобразуются в колебания более низкой промежуточной частоты , которая определяется разностью между частотой датчика опорных частот и частотой управляемого генератора :

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: