АВТОМАТИЧЕСКАЯ подстройка частоты гетеродина

Значение промежуточной частоты ƒ_ПР супергетеродинного приёмника определяется разностью частот принимаемого сигнала и колебаний местного гетеродина: f_ПР = f_Г – f_С. Непостоянство частоты любого из этих колебаний вызывает изменение промежуточной частоты и расстройку каскадов УПЧ, что неизбежно приводит к уменьшению мощности принимаемого сигнала и появлению нелинейных и частотных искажений.

В приёмниках различного назначения для предупреждения ухода частоты радиосигнала за пределы полосы пропускания широко применяется система автоматической подстройки частоты гетеродина (АПЧГ). Такая система позволяет реализовать более узкую полосу пропускания линейной части приёмника, что особенно важно при повышенных требованиях к его чувствительности и помехоустойчивости. Её эффективность оценивается отношением отклонения промежуточной частоты от своего номинального значения при выключенной АПЧГ ∆ƒ_ПР. к отклонению промежуточной частоты при включенной АПЧГ ∆ƒ_ПР._АПЧГ:

К_АПЧГ = ∆ƒ_ПР ⁄ ∆ƒ_{ПР.АПЧГ}

К_АПЧГ называется коэффициентом автоподстройки и может лежать в пределах от 30 до 50.

Рассмотрим пример статической следящей системы АПЧГ, состоящей из управляемого гетеродина Г, управителя У, фильтра нижних частот ФНЧ и частотного детектора ЧД (Рис.8).

Рис.8 Структурная схема АПЧГ приемника

Частотный детектор преобразует отклонение промежуточной частоты от номинального значения в изменение напряжения на его выходе. Величина и полярность выходного напряжения частотного детектора ±U_ЧД зависит от степени и направления расстройки ±∆ƒ_П.

Для получения постоянного регулирующего напряжения ±U_РЕГ выходное напряжение ЧД необходимо отфильтровать в ФНЧ. Требования по выбору постоянной времени ФНЧ t_АПЧГ = R_АПЧГС_АПЧГ аналогичны АРУ (t_АПЧГ = 0,1…0,3 сек).

В качестве управителей в приёмниках используются варикапы – полупроводниковые диоды, ёмкость которых при включении их в режиме обратного смещения, зависит от разности потенциалов между электродами (Рис.9). Под действием регулирующего напряжения ±U_РЕГ изменяется ёмкость варикапа, включённого в задающий контур, подстраивая частоту гетеродина.

Рассмотрим функциональную схему приёмника с АПЧГ приведённую на Рис.9.

- 8 -

Рис.9 Функциональная схема АПЧГ.

Наиболее просто реализовать систему АПЧГ в УКВ (FM) диапазоне, где вещание ведётся с частотной модуляцией (ЧМ). В этом диапазоне приёмник уже имеет частотный детектор (ЧД) для детектирования сигнала промежуточной частоты, который можно также использовать как совмещённый детектор АПЧГ. Его полоса захвата 2∆ƒ_З = ƒ₂ - ƒ₁ равна удвоенной расстройке +∆ƒ = ƒ₂ - ƒ_ПР и -∆ƒ = ƒ₁ - ƒ_ПР относительно частоты настройки ЧД ƒ_ПР и лежит в пределах 200…300 кГц.

Если частота гетеродина ƒ_Г равна номинальному значению - напряжение на выходе балансного частотного детектора рано нулю.

При уходе частоты гетеродина ƒ_Г в сторону её уменьшения (несущая частоте принимаемого сигнала ƒ_С постоянная) промежуточная частота ƒ_ПР = ƒ_Г – ƒ_С уменьшается и на выходе ЧД появится отрицательная постоянная составляющая сигнала –U_ВЫХ, которая после фильтрации в фильтре нижних частот R_АПЧГС_АПЧГ образует отрицательное регулирующее напряжение –U_РЕГ.

При увеличении ƒ_Г на выходе ЧД появится положительное регулирующее напряжение +U_РЕГ.

Варикап VD1 вместе с индуктивностью L1 и сопрягающими конденсаторами С2 и С_Г образуют задающий контур гетеродина. VD1 включён в режиме обратного смещения подачей на его катод положительного потенциала +U_СМ через делитель напряжения R2R3 от источника питания Е_К. Переменным резистором R2 можно осуществлять плавную перестройку по диапазону, изменяя ёмкость варикапа от С_МИН до С_МАХ. Блокировочный конденсатор С1 ≈ 0,01 мкФ закорачивает катод VD1 на общий провод, исключая потери сигнала на R3.

Любое изменение регулирующего напряжения на аноде варикапа приведёт к изменению его ёмкости, а следовательно и частоты гетеродина, направленное на компенсацию её ухода от номинального значения. Символически этот процесс можно описать так:

ƒ_Г ↑→ +U_ВЫХ ↑→ +U_РЕГ ↑→ U_VD1 ↓→ C_VD1↑→ ƒ_Г↓

Очевидно, что АПЧГ будет также противодействовать перестройке приёмника по диапазону с одной радиостанции на другую, а при широкой полосе захвата этот процесс станет невозможным.

- 9 -

Поэтому во всех радио и телевизионных приёмниках предусмотрено ручное или автоматическое отключение АПЧГ до полной настройки на несущую частоту радиостанции (на Рис.9 выключатель S1).

Учитывая, что управляющий ток варикапа, включённого в обратном направлении, незначительный (I_VD1.ОБР = 0,1…10 мкА) сопротивление фильтра нижних частот R_АПЧГ можно увеличить до 1…1,5 МОм, а ёмкость конденсатора С_АПЧГ при этом уменьшится до

С_АПЧГ = (0,1…0,3 с) ∕ R_АПЧГ = (0,1…0,3) ∕ 1,5·10⁶ Ом = 0,1 мкФ