Материал: Радиоприемные устройства учебник.

Примем для определенности, что фильтр УПЧ выделяет колебание разностной частоты. Обозначим номинальные значения частот про­ межуточной, гетеродина и сигнала соответственно через /0п, /оГ и /ос.

Ранее была выбрана нижняя настройка гетеродина (/ог <С / ос), которая характерна при использовании АПЧ, например в при­ емниках СВЧ. В тех случаях, когда исполь­ зуется верхняя настройка гетеродина (/„г> > / ос), окончательные результаты не из­ меняются.

Отклонение промежуточной частоты от номинального значения приведет к появлению на выходе частотного детектора (см. гл. 9) уп­ равляющего напряжения, величина и знак которого определяются величиной и знаком расстройки А/п. Таким образом, в установившем­ ся режиме передаточную функцию измерительного элемента системы АПЧ можно записать в виде

где ф — некоторая функция (рис. 10.13), вид которой определяется частотной характеристикой УПЧ и статической характеристикой час­ тотного детектора.

361

Раскладывая функцию (10.5) в ряд Тейлора при Д/п = 0, принимая, что ф (0) = 0, и ограничиваясь первым отличным от нуля членом, по­ лучаем

где Кп, и Купч — коэффициенты усиления соответственно преобразо­ вателя частоты и УПЧ; 5 чД — крутизна статической характеристи­ ки Ч Д .

В гл. 9 было показано, что крутизна статической характеристики частотного детектора Sqa зависит от напряжения входного сигнала. В конечном счете это приводит к нежелательной зависимости точности подстройки частоты от величины напряжения сигнала на входе прием­ ника. Системе АПЧ можно придать нужные динамические свойства, если поставить ограничитель перед входом дискриминатора.

Рис. 10.14

Принципиальная схема системы АПЧ. На рис. 10.14 в качестве примера изображена упрощенная принципиальная схема системы АПЧ, которая широко применяется в современных унифицированных теле­ визионных приемниках. В этой схеме сигнал с выхода каскада УРЧ поступает в катушку L u индуктивно связанную с катушкой L2, кото­ рая входит в сеточный контур односеточного преобразователя частоты, выполненный на пентодной части лампы Л х. На триодной части этой лампы по классической схеме емкостной трехточки с использованием емкости анод — катод собран гетеродин. Связь гетеродина с управ­

362

ляющей сеткой преобразователя частоты — индуктивно-емкостная через емкость С\ и взаимную индуктивность катушек L2 и L3.

Анодной нагрузкой преобразователя является колебательный кон­ тур, включенный в сеточную цепь первого каскада усилителя проме­ жуточной частоты УПЧ. Катушка L u L2 и L3 расположены в барабан­ ном переключателе П, с помощью которого осуществляется переклю­ чение телевизионных программ. Частоту гетеродина можно изменять с помощью варикапа Д ь который через разделительные конденсаторы С2 и С3 подключен параллельно катушке L3. Сигнал с выхода послед­ него каскада УПЧ подают на управляющую сетку лампы Л 2) которая включена по рефлексной схеме и работает одновременно как УПЧ и как УПТ. В анодную цепь этой лампы включен фазосдвигающий тран­ сформатор дискриминатора, на выходе которого образуется напряже­ ние, меняющее свою величину при изменении несущей частоты сигнала. Это напряжение через развязывающий фильтр R 3C7 подается опять на управляющую сетку лампы Л 2 для дополнительного усиления.

Варикап Д 4 через развязывающие цепочки R lCi и R 2C5 включен между экранной сеткой лампы Л 2 и потенциометром /?4, устанавливаю­ щим величину начального запирающего напряжения. Это напряжение стабилизировано за счет включения в цепь реостатного делителя напря­

дина автоматически приобретает значение, близкое номинальному. Диод Д 2 (стабилитрон), включенный параллельно варикапу Д „ служит для защиты последнего от пробоя. При нормальной работе системы АПЧ диод Д 2 имеет большое внутреннее сопротивление и не влияет на ее работу. Электролитический конденсатор Се включен для сглаживания пульсаций запирающего напряжения.

Анализ уравнения системы АПЧ при непрерывных сигналах

Инерционные свойства системы АПЧ, типовая схема которой при­ ведена на рис. 10.12, в первую очередь определяются свойствами низ­ кочастотных фильтров. Поэтому при выводе уравнений системы АПЧ регулятор частоты и измерительный элемент можно считать безынер­ ционными. Тогда, полагая, что коэффициент усиления усилителя по­ стоянного тока равен К у п т и напряжение на выходе низкочастотного фильтра U ф определяется из уравнения А ИУф] — U v , где А — не­ который линейный дифференциальный оператор, на основании (10.2), (10.4) и (10.5) можно записать систему уравнений, которая описывает процессы в системе АПЧ:

и 9 = А[ иф],

^р = Ф(Д/п)-

383

Этой системе легко придать иной вид:

Д / г ~ ф [ К у п т Уф], 1

Л [нф]= г и д /с- д / г).}

(10.9)

Работа АПЧ при малых расстройках. При небольших по абсолют­ ной величине изменениях промежуточной частоты Д/п вместо формул (10.2) и (10.5) можно использовать формулы (10.3) и (10.6). В результате система уравнений (10.9) сводится к одному уравнению, связывающему изменение частоты гетеродина приемника с изменением частоты сигнала:

В системах АПЧ очень часто в качестве ФНЧ используются RC-це­ пи. Тогда, например, для однозвенной интегрирующей RC-цепи вы­ ражение для оператора А можно записать так:

где Тф — RC — постоянная времени /?С-цепи. В этом случае в со­ ответствии с (10.10) получаем линейное дифференциальное уравнение первого порядка с постоянными коэффициентами, описывающее про­ цессы в системах АПЧ в области малых расстроек:

at + О + д/г —к А/с-

Его решение при Нулевых начальных условиях определяется выра­ жением

Здесь

является эквивалентной постоянной времени системы частотной авто­ подстройки, она в Q = 1 + К раз меньше, чем постоянная времени низкочастотного фильтра. Пусть в момент t — 0 частота сигнала из­ меняется на постоянную величину Д/с = Д/с0, которая невыходит за пределы линейного участка статической характеристики частот­ ного детектора. Тогда для 0 в соответствии с (10.12) получим закон изменения частоты гетеродина:

Д/р

А^С0 К. ( | __е - //т д п ч )

1+К '

364

Из (10.14) нетрудно найти установившееся значение изменения про-,

Отсюда видно, что в установившемся режиме система АПЧ умень­ шает первоначальную расстройку в Q = 1 + К раз. Величина Q, зна­ чение которой достигает обычно нескольких десятков, называется ко­ эффициентом подстраивающего действия системы АПЧ. Коэффициент

симости (t*/tу) (К) приведен на рис. 10.15. Из него следует, что при глубокой обратной связи время установления процессов в системе во много раз меньше, чем время установления процессов в ФНЧ. Если бы регулятор частоты или частотный детектор обладал такими свой­ ствами, что правая часть (10.3) или (10.6) имела бы обратный знак, то это изменило бы знак перед К в (10.15), т. е. в системе АПЧ вместо от­ рицательной имела бы место положительная обратная связь. Этот случай соответствует неправильной работе системы АПЧ, когда она оказывает расстраивающее действие. Чтобы избежать этого явления, в рассматриваемой схеме АПЧ следует изменить полярность выходного

36>