Главная Промышленная автоматика.

ВЧ-сигнала Ubx(0 и выходного си-нала гв-х(0 поступающего от управляемого по току генератора. (Основные схемы и принципы работы аналоговых умножителей рассмотрены в

Входной VgCt) сигнал °

ФозоВый детектор

Led)

ИЧ-фильтр

Выход


Kg. род/тк

F(.s\mkA/mkA

Ip(s)

Y> мкк/рад

Фиг. 9.5. Система ФАПЧ. а - блок-схема; б-линейная модель,

разд. 3.13.) Предположим, что два сигнала, которые должны быть умножены, могут быть записаны как

Увх(0 = вх8ШШвх/, (9.1)

вь,х(0 = 1вь,х8Ш(Шг/ + ф), (9.2)

где ©вх, Шг и ф представляют собой интересующие нас частотные и фазовые характеристики. Произведением этих двух сигналов является выходной токовый сигнал, определяемый выражением

1е (О = /iVbxVbhx (sin ШвхО [sin (ш,/ + ф)], (9.3)

где Ki - постоянный коэффициент, согласующий размерности. Заметим, что амплитуда /е() прямо пропорциональна вход-



ному сигналу Увх.- Теперь рассмотрим отдельно два представляющих интерес случая: швх ф п Ивх = Юг-

Случай 1: Ювх Шр. Когда две частоты на входе фазового детектора не засинхронизированы, контур не находится в захвате. Кроме того, фазовый угол ф для этого случая не имеет значения, поскольку он может быть сведен к нулю путем соответствующего выбора начала отсчета. Выходной токовый сигнал фазового детектора будет равен

() ZhIp [g ( to,) / cos (созх + to,) t]. (9.4)

Когда 1е(0 проходит через фильтр нижних частот F{s), суммарные частоты подавляются и остается

р (О = У вхУ вых/ COS (Швх - Шг) t, (9.5)

где К - постоянная. Уравнение (9.5) определяет токовый сигнал, который поступает на ГУТ и управляет его входной частотой. Уравнение показывает, что этот сигнал определяется частотой биений между швх и Шг и вызывает отклонение частоты ГУТ от Юг на величину ±Дш, пропорциональное амплитуде сигнала {УвхУвыхК), прощедщего через фильтр. Если амплитуда Увх достаточно велика, но ограничение или насыщение сигнала не происходит, то выходная частота ГУТ будет смещаться от частоты свободных колебаний на некоторую величину Дю до тех пор, пока не будет установлен захват при

СОвх = Шг = Шг ± Аю. (9.6)

Если захват не может быть установлен, то, следовательно, либо

1) амплитуда входного сигнала слищком мала для того, чтобы вызвать необходимое изменение частоты генератора ±Асй, либо

2) Швх находится за пределами динамического диапазона ГУТ (т. е. (Овх ± Лш). Очевидно, для устранения таких «несин-хронизируемых состояний» могут применяться следующие меры:

1. Увеличение амплитуды входного сигнала. Это может быть сделано как внутри, так и вне контура регулирования за счет дополнительного усиления.

2. Увеличение внутреннего коэффициента усиления контура путем подъема характеристики фильтра низкой частоты (увеличение сопрягающей частоты, на которой спад характеристики равен -3 дБ).

3. Сдвиг частоты свободных колебаний ГУТ ближе к ожидаемой частоте Швх- Установление захвата частот в контуре приводит ко второму случаю, т. е. к фазовому захвату при

Швх = ©г-



Случай II: ювх = сог. Когда швх и Шг синхронизированы, сигнал на выходе фазового детектора при швх = шг = со и фазовом сдвиге ф равен

£ (о = KiVbxVbux (sin at) (sin + ф) =

= [cos ф - cos (2ш/ + ф)]. (9.7)

Фильтр нижних частот подавляет высокочастотную переменную составляющую /в (о и пропускает постоянную составляющую, которая является токовым сигналом управления для ГУТ. Таким образом, имеем

/р(0 = /р = 2%созф, (9.8)

где /Сг - постоянная размерности.

Предположим, что Швх и Юг идеально синхронизированы с частотой свободный колебаний Шг. В этом случае /р будет равен нулю,«указывая, что ф должен составить 90°. Таким образом, сигнал ощибки /р пропорционален разности фаз между Швх и Юг и центрирован вокруг опорного значения фазового угла 90°. Если теперь Швх отклонится от Шг, /р установится равным некоторому ненулевому значению, которое скорректирует Юг; при этих условиях сохраняется захват частот с Швх Юг- Величина ф будет сдвинута на некоторую величину Дф относительно опорной фазы 90°. Эту идею можно представить более просто, определив ф согласно выражению

Ф = Фг ± Аф, (9-9)

где фг - номинальный фазовый сдвиг 90 °, а Дф представляет собой отклонение от этого опорного значения. Теперь ток /р будет равен

/р = 1вх1вых/С2 COS (фг ± Дф) =

= ±VnxVs,K2smAq>. (9.10)

Поскольку синус является четной функцией, мгновенное изменение Аф содержит информацию о том, в какую сторону нужно производить подстройку частоты ГУТ для того, чтобы скорректировать расхождение частот и сохранить состояние захвата. Максимальный диапазон, в котором могут отслеживаться изменения Дф, лежит в пределах от -90 до -{-90°. Это соответствует изменению ф от О до 180°. Величина /р является не только сигналом ощибки, она, кроме того, представляет собой демодулированный выходной сигнал входного ЧМ-сигна-ла, приложенного в качестве Увх(0, если ГУТ имеет линейную характеристику. Таким образом, демодуляция ЧМ-сигналов может быть осуществлена с помощью схемы ФАПЧ без при-





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 [123] 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144

0.0041