напряжения скорость заряда конденсаторов связи изменяется. По мере того как постоянное управляющее входное напряжение становится более положительным, конденсаторы заряжаются быстрее и частота на выходе возрастает. Зависимость частоты от входного напряжения показана на фиг. 9.3, б.

9.3. РАБОТА СХЕМЫ ФАЗОВОЙ АВТОПОДСТРОЙКН ЧАСТОТЫ

Теперь подключим генератор сигналов к схеме ФАПЧ (фиг. 9.4,0;) и будем изменять входную частоту, выбрав время-задающие элементы ГУН таким образом, чтобы получить ха-

Латчик сигналов

обый •тор

ИЧ-фильтр

П П .

-5 О +5

Входное управляющее нопряжение, В

Фиг. 9.4. Пример ФАПЧ. о-блок-схема ФАПЧ; б-характеристика ГУН

рактеристику, показанную на фиг. 9.4,6. Ограничивая изменения напряжения в точке Л, ГУН можно построить так, чтобы его частота изменялась в пределах от 900 до 1100 Гц. Так как выходная характеристика детектора (фиг. 9.2, в) ограничена с обеих сторон, генератор может работать только в тех пределах, которые определяются его входными характеристиками „(фиг. 9.4, б) и выходной характеристикой детектора.

Если генератор сигналов не подключен, ГУН будет работать на частоте = 1000 Гц, вследствие того, что напряжение на выходе фильтра равно нулю. Если теперь подключить генератор сигналов и установить его частоту равной 700 Гц, ГУН будет продолжать работать с частотой /г = 1000 Гц, поскольку разностная частота слишком велика, и на выход низкочастотного фильтра пройдет слишком малый сигнал. По мере медленного увеличения частоты генератора сигналов на выходе ГУН будут наблюдаться все большие «дрожания», так как разностная частота будет становиться ниже, а сигнал на выходе фильтра возрастет и будет осуществлять частотную модуляцию ГУН на 4acfoTe порядка f. Внезапно, например при частоте внешнего генератора сигналов 920 Гц, частота ГУН скачкообразно изменится и примет постоянное значение, в точности равное частоте генератора сигналов. Мы обнаружим, что частота ГУН «захвачена» частотой генератора сигналов, пока последняя остается в пределах от 900 до 1100 Гц. Если частота генератора сигналов выйдет из этих пределов, ГУН скачкообразно вернется к частоте f. Мы также обнаружим, что при приближении частоты генератора сигналов к f с любой стороны для первоначального захвата частоты нужно подойти к f ближе пределов 900-1100 Гц, в которых сигнал удерживается «в захвате». Эти две пары пределов носят названия полосы захвата и полосы слежения соответственно и могут регулироваться независимо путем изменения схемных постоянных в устройстве ФАПЧ. Перед тем как произойдет захват, по мере приближения частоты генератора к с любого направления разностная частота на выходе фазового детектора становится меньше, а амплитуда сигнала на выходе фильтра возрастает. Этот сигнал производит частотную модуляцию ГУН на частоте f до тех пор, пока частота ГУН не будет вытеснена входной частотой; в этом случае будет иметь место «захват».

Почему происходит захват двух сигналов? Мы можем проверить устойчивость любой замкнутой системы, определяя, что произойдет, если на выходе будет иметь место малое случайное отклонение в любом направлении. Предположим на момент, что частоты внешнего генератора сигналов и ГУН равны. Выходной сигнал фильтра низкой частоты будет представлять собой постоянный уровень, который требуется для того, чтобы ГУН работал на данной частоте в соответствии с фиг. 9.4,6. Разность фаз между сигналами генератора и ГУН не обязательно будет равна 90°. Она будет равна фазовому углу, необходимому для того, чтобы через фазовый детектор и фильтр обеспечить На входе ГУН сигнал постоянного тока, поддерживающий

частоту на выходе ГУН равной частоте входного сигнала. Теперь предположим, что частота ГУН отклонится в сторону увеличения от частоты входного сигнала на часть периода. Первым следствием этого события явится изменение разности фаз между двумя этими сигналами - фаза ГУН станет опережающей. Если фазовый детектор включен таким образом, что при опережении фазы ГУН его выход станет менее положительным, сигнал на выходе фильтра будет стремиться сместить ГУН обратно к его исходной частоте. Аналогично будет подавляться и обратная тенденция - смещения частоты ГУН в отрицательную сторону. По тем же причинам любые изменения частоты датчика сигнала будут отслежены частотой ГУН. Поскольку уровень выхода фазового детектора является функцией фазового угла, он представляет собой косинусоиду (фиг. 9.2,в), и на интервале 360° будут две точки, в которых уровень выхода детектора устанавливает частоту управляемого генератора, равную входной частоте. Однако, поскольку только одна из этих точек равновесия устойчива, система автоматически выйдет на часть кривой, обеспечивающую стабильность.

9.4. ЛИНЕЙНАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ ФАПЧ

Поскольку система ФАПЧ, по существу, представляет собой электронный контур сервоуправления, к ней применимы многие аналитические методы, разработанные для систем управления. Рассмотрим упрощенную систему ФАПЧ, представленную на фиг. 9.5, G, в которой ГУН заменен генератором с управлением по току (ГУТ). (Генераторы обоих типов работают аналогично, с той лищь разницей, что выходная частота ГУТ модулируется входным постоянным током, а не напряжением. Как уже было показано в разд. 3.14, токовое управление частотой генератора оказывается предпочтительным при реализации на ИМС.)

Если между сигналами Увх() и Увых(0 установлен фазовый захват, для определения характеристик системы ФАПЧ может быть использована линейная модель, представленная на фиг. 9.5,6. На этой схеме фвх и qjr обозначают фазы входного сигнала и ГУТ соответственно; F{s) представляет собой обобщенную передаточную функцию по току фильтра нижних частот в частотной области; Кд и Кг-коэффиценты преобразования фазового детектора и управляемого по току генератора, их размерности указаны на фигуре.

Представление фазового детектора в виде суммирующей схемы, производящей вычитание сигналов фвх и срг, можег быть объяснено следующим образом. Фазовый детектор является аналоговым умножителем, образующим произведение входного