Содержание
Введение3
1 Способы формирования несущей частоты излучения РПдУ4
1.2 Генераторы8
1.2.1 Генератор на электровакуумном приборе9
1.2.2 Генератор на биполярном транзисторе9
1.2.3 Генератор на диоде10
1.2.4 Клистронный генератор11
1.2.5 Кварцевый генератор12
2 стабилизация дискретного множества частот14
2.1 Назначение и параметры синтезатора частот14
3 Автоматическая подстройка частоты15
3.1 Общие характеристики устройств АПЧ15
3.2 Основные параметры АПЧ16
3.3 Классификация устройств АПЧ17
3.3.1 Частотная автоподстройка частоты18
4 Фазовая автоподстройка частоты.22
4.1 Структурная схема ФАП22
4.2. Математические основы23
4.3 Генератор управляемый напряжением (ГУН) и его свойства23
4.4 Анализ структурной схемы контура ФАПЧ26
4.5 Статические и астатические ошибки при работе контура ФАПЧ. Порядок астатизма27
4.6 Динамические характеристики контура ФАПЧ28
Заключение30
Список использованных источников31
Выдержка из текста работы
4.5частотно-фазовая автоматическая подстройка частоты в тракте фор-мирования и генерации радиопередающего устройства, ее преимущества перед отдельной частотной и отдельной фазовой автоматической подстройкой частоты и способы реализации.
1. Структурная схема радиопередатчика
Радиопередатчиком называется радиотехническое устройство, преобразующее первичные электрические сигналы в радиосигналы определённой мощности, необходимой для обеспечения радиосвязи на заданном расстоянии с требуемой надёжностью.
В радиопередающее устройство, кроме радиопередатчика, входит и антенно-фидерное устройство.
Структурная схема радиопередатчика представлена на рис. 1
Рисунок 1 — Структурная схема радиопередатчика
Радиопередатчик включает следующие узлы: Возбудитель, предназначенный для преобразования первичных электрических сигналов в радиосигналы, формирование сетки высокостабильных частот с заданным интервалом между соседними частотами, с помощью которых осуществляется перенос сформированных радиосигналов непосредственно на рабочую частоту в заданном диапазоне.
Генерирование высокостабильных первичных колебаний осуществляется в спец. устройствах — возбудителях Р. у. Иногда (напр., при ЧМ) формирование радиосигналов производится сразу путём модуляции первичных колебаний. В качестве простых возбудителей используются автогенераторы натранзисторах, лавинно-пролётных диодах и т. д. Поскольку частота автоколебаний, близкая к собств. частоте колебательной системы, зависит от режима работы активного элемента, принимаются жёсткие меры по защите всех элементов автогенератора от влияния дестабилизирующих факторов. Мин. достижимый уровень нестабильности частоты автогенератора ограничен шумами, т. е. естеств. флуктуациями фазы и амплитуды автоколебаний (см. Стабилизация частоты). В совр. Р. у. с быстрой электронной перестройкой в широком диапазоне рабочих частот в качестве возбудителей колебаний используются синтезаторы частот — устройства, генерирующие множество высокостабильных колебаний на дискретных частотах, синтезируемых из колебаний одного прецизионного кварцевого генератора иликвантового стандарта частоты. Схемы синтезаторов строятся с использованием систем автоподстройки частоты и фазовой синхронизации колебаний.
Для ослабления влияния последующих каскадов на режим работы возбудителей колебаний в схемы Р. у. включаются т. н. буферные усилители, потребляющие мин. мощность сигнала от автогенератора. Часто в тех же целях прибегают к умножению частоты задающего генератора, что одноврем. повышает устойчивость работы Р. у. в целом. В качестве нелинейных элементов в каскадах умножения частоты используют ВЧ-тран-зисторы, пролётные клистроны и др. активные приборы. В диапазоне СВЧ находят применение полупроводниковые диоды (варикапы).
2. Генератор сигналов
Рисунок 2 — Блок схема генератора сигналов
Генератор сигналов — это устройство, позволяющее получать сигнал определённой природы (электрический, акустический или другой), имеющий заданные характеристики (форму, энергетические или статистические характеристики и т. д.). Генераторы широко используются для преобразования сигналов, для измерений и в других областях. Состоит из источника (устройства с самовозбуждением, например усилителя охваченного цепью положительной обратной связи) и формирователя (например, электрического фильтра). Различают несколько типов генераторов сигналов:
2.1 Генераторы электрических колебаний
· По форме выходного сигнала:
· Синусоидальных, гармонических колебаний (сигналов) (генератор Мейснера, генератор Хартли (индуктивная трёхточка), генератор Колпитца(ёмкостная трёхточка) и др.)[1]
· Прямоугольных импульсов — мультивибраторы, тактовые генераторы
· Функциональный генератор — прямоугольных, треугольных и синусоидальных импульсов
· Генератор линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН)
· Генератор шума
Существуют также генераторы более сложных сигналов, таких, как телевизионная испытательная таблица
· По частотному диапазону:
· Низкочастотные
· Высокочастотные
· По принципу работы:
· Стабилизированные кварцевым резонатором — Генератор Пирса
· Блокинг-генераторы
· LC-генераторы
· RC-генераторы[2][3]
· Генераторы на туннельных диодах
· По назначению:
· Генератор тактовых импульсов
Большинство генераторов являются преобразователями постоянного тока в переменный ток. Маломощные генераторы строят на однотактных усилительных каскадах. Более мощные однофазные генераторы строят на двухтактных (полумостовых) усилительных каскадах, которые имеют больший КПД и позволяют на транзисторах той же мощности построить генератор с приблизительно вдвое большей мощностью. Однофазные генераторы ещё большей мощности строят по четырёхтактной (полномостовой) схеме, которая позволяет приблизительно ещё вдвое увеличить мощность генератора. Ещё большую мощность имеют двухфазные и трёхфазные двухтактные (полумостовые) и четырёхтактные (полномостовые) генераторы.
2.2 Генераторы гармонических колебаний
Генератор (производитель) гармонических колебаний представляет собой усилитель с положительной обратной связью. Усилитель с отрицательной обратной связью является дискриминатором (подавителем, активным фильтром). Усилитель генератора может быть как однокаскадным, так и многокаскадным.
Цепи положительной обратной связи выполняют две функции: сдвиг сигнала по фазе для получения петлевого сдвига близкого к n*2? и фильтра, пропускающего нужную частоту. Функции сдвига фазы и фильтра могут быть распределены на две составные части генератора — на усилитель и на цепи положительной обратной связи или целиком возложены на цепи положительной обратной связи. В цепи положительной обратной связи могут стоять усилители.
Рисунок 2.2 — Типовой график зависимости амплитуды выходного сигнала генератора от частоты
Необходимыми условиями для возникновения гармонических незатухающих колебаний являются:
1. петлевой сдвиг фазы равный n*360°±90°,
2. петлевое усиление >1,
3. рабочая точка усилительного каскада в середине диапазона входных значений.
Необходимость третьего условия.
Петлевой сдвиг фазы и в триггере и в генераторе равен около 360°. Петлевое усиление в триггере почти вдвое больше, чем в генераторе, но триггер не генерирует, так как рабочие точки каскадов в триггере смещены на края диапазона входных значений и эти состояния в триггере устойчивы, а состояние со средней величиной входных значений — неустойчиво. Такой характеристикой обладает компаратор.
В гармоническом генераторе среднее состояние устойчивое, а отклонения от среднего состояния неустойчивые.
2.3 Устойчивость генераторов
Устойчивость генераторов складывается из двух составляющих: устойчивость усилительного каскада по постоянному току и устойчивость генератора по переменному току.
Фазовый анализ генератора Мейснера.
Генераторы «индуктивная трёхточка» и «ёмкостная трёхточка» могут быть построены как на инвертирующих каскадах (с общим катодом, с общим эмиттером), так и на неинвертирующих каскадах (с общей сеткой, с общим анодом, с общей базой, с общим коллектором).
Каскад с общим катодом (с общим эмиттером) сдвигает фазу входного сигнала на 180°. Трансформатор, при согласном включении обмоток, сдвигает фазу ещё на приблизительно 180°. Суммарный петлевой сдвиг фазы составляет приблизительно 360°. Запас устойчивости по фазе максимален и равен почти ± 90°. Таким образом генератор Мейснера относится, с точки зрения теории автоматического управления (ТАУ), к почти идеальным генераторам. В транзисторной технике каскаду с общим катодом соответствует каскад с общим эмиттером.
Фазовый анализ LC-генератора с СR положительной обратной связью.
Рисунок 2.3 — генератор с положительной обратной связью
Рисунок 2.3.1 — Фазовая диаграмма генератора с положительной обратной связью
LC-генераторы на каскаде с общей базой наиболее высокочастотны, применяются в селекторах каналов почти всех телевизоров, в гетеродинах УКВ приёмников. Для гальванической развязки в цепи положительной обратной связи с коллектора на эмиттер стоит CR-цепочка, которая сдвигает фазу на 60°. Генератор работает, но не на частоте свободных колебаний контура, а на частоте вынужденных колебаний, из-за этого генератор излучает две частоты: большую — на частоте вынужденных колебаний и меньшую на частоте свободных колебаний контура. При первой итерации две частоты образуют четыре: две исходные и две суммарноразностные. При второй итерации четыре частоты производят ещё большее число суммарноразностных частот. В результате, при большом числе итераций получается целый спектр частот, который в приёмниках смешивается с входным сигналом и образует ещё большее число суммарноразностных частот. Затем всё это подаётся в блок обработки сигнала. Кроме этого, запас устойчивости работы по фазе этого генератора составляет +30°. Чтобы уменьшить шунтирование контура каскадом применяют частичное включение контура через ёмкостной делитель, но при этом происходит дополнительный перекос фазы. При одинаковых ёмкостях дополнительный перекос фазы составляет 45°. Суммарный петлевой сдвиг фазы 60°+45°=105° оказывается больше 90° и устройство попадает из области генераторов в область дискриминаторов, генерация срывается. При оптимально рассчитанном емкостном делителе запас устойчивости по фазе составляет менее 30°.
2.4 Генератор Мейснера на каскаде с общей базой
Рисунок 2.4 — Генератор Мейснера
Если в «ёмкостной трёхточке» на каскаде с общей базой в цепи положительной обратной связи вместо CR-цепочки включить трансформатор со встречным включением обмоток, то петлевой сдвиг фазы составит около 360°.
Рисунок 2.4.1 — Фазовая диаграмма генератора Мейснера
Генератор станет почти идеальным. Чтобы уменьшить шунтирование контура каскадом и не внести дополнительного перекоса фазы, нужно применить частичное включение контура без дополнительного перекоса фазы через два симметричных отвода от катушки индуктивности. Такой генератор излучает одну частоту и имеет наибольший запас устойчивости по фазе (± 90°).
