Система автоматической подстройки частоты

Системы автоматической подстройки частоты применяются для стабилизации частоты генерируемых колебаний, слежения за частотой сигнала в радиоприемных устройствах, в демодуляторах частотно-модулированных колебаний с обратной связью по частоте и др.

Функциональная схема АПЧ супергетеродинного приемника (рис. 2.8) содержит в своем составе смеситель (СМ), усилитель промежуточной частоты (УПЧ), частотный дискриминатор (ЧД), фильтр низкой частоты (ФНЧ) и управитель гетеродина (УГ). Входной сигнал U_с(t) с частотой w_c преобразуется в смесителе в напряжение промежуточной частоты w_пр, затем усиливается усилителем промежуточной частоты и подается на частотный дискриминатор. Если промежуточная частота w_пр отличается на Dw от ее номинального значения w_пр0, то на выходе ЧД возникает напряжение, значение и знак которого зависят от значения и знака отклонения промежуточной частоты Dw. Напряжение с ЧД U_чд через ФНЧ подается на гетеродин (Г), частота которого перестраивается, обеспечивая минимальное рассогласование значения w_пр от номинальной частоты w_пр0.

Рис. 2.8 - Функциональная схема системы автоматической

подстройки частоты

Отклонение промежуточной частоты сигнала w_пр от номинального значения

Dw = w_пр – w _пр0 = Dw_c – Dw_г, (2.6)

где w_пр = w_c – w_г, w_c = w_c0 + Dw_c – частота входного сигнала; w_г = =w_г0 + Dw_г – частота гетеродина; Dw_c, Dw_г – отклонение частот входного сигнала и гетеродина от номинальных значений w_c0, w_г0.

Напряжение на выходе ЧД является функцией отклонения промежуточной частоты от номинального значения

u_чд = F(Dw). (2.7)

Зависимость F(Dw) называют дискриминационной характеристикой (рис. 2.9). При малых значениях Dw дискриминационная характеристика линейна, и выражение (2.7) принимает вид

u_чд = k_чдDw, (2.8)

где k_чд – коэффициент передачи ЧД (крутизна дискриминационной характеристики).

Рис. 2.9 - Дискриминационная характеристика частотного

детектора

Под действием напряжения, снимаемого с фильтра U_ф=K_фU_чд, K_ф – коэффициент передачи ФНЧ, частота гетеродина перестаивается на

Dw_г = K_г u_ф, (2.9)

где K_г – коэффициент передачи управителя гетеродина (УГ).

Из выражений (2.6), (2.8) и (2.9) следует, что ошибка регулирования промежуточной частоты в системе АПЧ может быть определена по выражению

, (2.10)

где K = K_чд K_ф K_г – коэффициент передачи системы АПЧ.

Уравнениям (2.6)–(2.10) соответствует структурная схема, представленная на рис. 2.10.

Рис. 2.10 - Структурная схема системы АПЧ

Структурная схема системы АПЧ учитывает дестабилизирующие факторы, влияющие на точность ее работы: n(t) – флуктуационная составляющая напряжения, поступающая с дискриминатора; dw_г – нестабильность гетеродина.