Описание систем радиоавтоматики

1.Система частотной автоподстройки (ЧАП)

1.1 Функциональная схема

Система ЧАП используется в супергетеродинных приемниках для автоматической подстройки частоты гетеродина с целью обеспечения заданного значения промежуточной частоты, в качестве узкополосных перестраиваемых по частоте фильтров, демодуляторов

ЧМ колебаний с обратной связью по частоте и т.д.

Работу системы ЧАП рассмотрим на примере ее применения для стабилизации промежуточной частоты в супергетеродинном приемнике (рис. 1 ).

Рис. 1. Функциональная схема системы ЧАП: ЧД – частотный дискриминатор; Гетерод. – гетеродин (подстраиваемый генератор)

С помощью смесителя формируется промежуточная частота ωпр как разность частот входного сигнала и подстраиваемого генератора (гетеродина). Ее номинальное значение постоянное. УПЧ, имеющий избирательную систему, настроенную на номинальное значение промежуточной частоты, усиливает этот сигнал. Далее сигнал подается на ЧД, измеряющий разность между текущим значением ωпр и ее номинальным значением ωпр0, на которое он настроен, и формирует напряжение, пропорциональное измеренной разности. Сигнал ошибки через ФНЧ воздействует на контур ПГ и изменяет его частоту. В результате этого ошибка уменьшается. ФНЧ сглаживает высокочастотные составляющие сигнала и помехи.

Одновременно такую систему можно рассматривать как узкополосный перестраиваемый по частоте фильтр (так как параметры ФНЧ подбирают так, чтобы система следила за медленными уходами частоты).

Систему можно использовать также как демодулятор ЧМ колебаний, при этом полученный сигнал можно снимать с выхода ПГ. В частности это может быть использовано в доплеровских системах автоматического измерения скорости.

1.2. Элементы системы и их математическое описание. Структурная схема

Будем иметь в виду, что смеситель (СМ), УПЧ и ЧД являются безинерционными по сравнению с ФНЧ.

С помощью смесителя формируется промежуточная частота

ωпр= ωс – ωг; (1)

Так как УПЧ безынерционный, он на частоту не влияет.

Отклонение промежуточной частоты от ее номинального значения:

Δω= ωпр – ωпр0, (2)

где ωпр – текущее значение, ωпр0 – номинальное значение.

В качестве ЧД используется дискриминатор с расстроенными контурами и другие типы дискриминаторов.

Напряжение на выходе дискриминатора можно представить в виде суммы его среднего значения и центрированной случайной составляющей:

Uд(t)=M[Uд(t)] + ξ(t,Ω) = F(Ω) + ξ(t,Ω), (3)

где M[Uд(t)] – математическое ожидание; ξ(t,Ω) – флюктуационная составляющая; F(Ω)=M[Uд(t)] – дискриминационная характеристика (ДХ); Ω – частотная расстройка . равная

, (4)

где – переходная частота дискриминатора (центральная частота, на кото рую настроен дискриминатор).

Дискриминационная характеристика – зависимость математического ожидания напряжения на выходе дискриминатора от частотной расстройки.

Дискриминационная характеристика F(Ω) представлена на рис. 2.

Рис. 2. Дискриминационная характеристика

Форма F(Ω) определяется отношением сигнал/помеха (с/п), схемной реализацией, полосой пропускания в цепях, предшествующих дискриминатору и другими факторами.

Дискриминатор настраивается на номинальное значение промежуточной частоты ωп = ωпр0 , но из-за воздействия дестабилизирующих факторов появляется ошибка, и в этом случае можно записать:

ωп = ωпр0 + ωп , 

ωп – нестабильность переходной частоты дискриминатора.

Учитывая (2.2), (2.4), (2.5)

Ω = Δω - ωп ; (6)

С выхода дискриминатора напряжение поступает на ФНЧ. При реализации ФНЧ на RC-цепи уравнение, описывающее его работу,

, (7)

где Тф – постоянная времени фильтра; Uф (t)- напряжение на выходе ФНЧ.

Выполнив переход , уравнение (7) можно записать в виде:

,

где - операторный коэффициент передачи фильтра.

Для сложных ФНЧ, используемых, например, в радиолокации W(p) можно записать следующим образом:

.

Тип фильтра определяет качественные характеристики следящих систем.

Таким образом, фильтр описывается операторным коэффициентом передачи (передаточной функцией) – W(р).

С выхода фильтра напряжение подается на вход подстраиваемого генератора. Чтобы напряжение влияло на частоту генератора, в генераторе используется реактивный элемент, изменяющий свои параметры под воздействием управляющего напряжения. Таким реактивным элементом может быть варикап. Упрощенная схема включения варикапа представлена на рис.3

Рис. 3. Схема включения варикапа

Делитель R1, R2 обеспечивает обратное смещение на варикапе как при положительном, так и при отрицательном напряжении на входе;

С1,С2 – блокировочные конденсаторы; R3 – нагрузка; LC – контур генератора.

Частота на выходе генератора равна:

, (8)

где – крутизна регулировочной характеристики;

– собственная частота генератора.

при Uф = 0;

Регулировочная характеристика – зависимость частоты генератора от управляющего напряжения (рис. 4).

Рис. 4. Регулировочная характеристика генератора

, (9)

где - нестабильность собственной частоты генератора;

, - номинальные значения частоты входного сигнала и промежуточной частоты.

Уравнения (1-9) определяют математическую модель системы ЧАП. Ее можно представить в виде структурной схемы (рис. 5). Под ней мы будем понимать схему, каждое звено которой определяет соответствующую математическую операцию.

 Скачать реферат