Разделы


Рекомендуем
Автоматическая электрика  Автоматика радиоустройств 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 [ 47 ] 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270

звать линейным параметрическим. Он иногда используется в практике.

При решении некоторых задач наиболее существенное значение имеет нелинейный характер зависимости ср(г). Если шум невелик, то используют в этом случае упрощенный нелинейный эквивалент, где в отличие от общего случая влияние шума на Кл не учитывается и дискриминационная характеристика вычисляется как если бы входной шум отсутствовал, т. е. cp(z) определяется при иш.вх=0. Соответственно Кя здесь является величиной постоянной (при t7OTBi: = const). Действие шума учитывается введением напряжения иш с постоянной спектральной плотностью.

Учет нелинейных свойств ИУ в более полном объеме проводится обычно методом моделирования процессов на цифровых и аналоговых машинах (см. разд. 24). Иногда в процессе моделирования некоторые преобразования сигнала не моделируют, а сохраняют такими, как в реальных устройствах, т. е. прибегают к так называемому смешанному моделированию, при котором наряду с математическими машинами используются реальные устройства обработки сигналов.

В большинстве практических случаев ограничиваются еще более простым линейным эквивалентом ИУ, в котором принимается, что процессы в ИУ можно описать с помощью пропорционального звена с постоянным коэффициентом передачи г\ч (вычисленном при Ыш.вх=0), а действие входного шума учесть добавлением шума иш (рис 22-2, г). Именно такой эквивалент ИУ используется в дальнейшем.

Во многих случаях в радиотехнических следящих системах объект регулирования является почти безынерционным, в результате чего можно достаточно просто и в широких пределах варьировать параметры системы, выбирая их так, чтобы условия воспроизведения управляющего воздействия были наилучшими.

Своеобразие радиотехнических следящих систем состоит также в том, чтц измерительное устройство (а иногда и некоторые другие элементы) имеют ограниченную апертуру (область действия), что иллюстрирует дискриминационная кривая (рис. 22-2, а). Поэтому предварительно система должна быть введена в режим слежения, т. е. должен быть произведен захват так, что рассогласование предварительно сводится к достаточно малому значению, при котором начинается нормальный режим слежения. Введение в режим слежения производится автоматически или вручную. При действии помех большого уровня, в случае резких и значительных по величине изменений входных управляющих воздействий, а также в некоторых других случаях рассогласование z может стать весьма большим, выходящим за пределы дискриминационной характеристики. Выходное напряжение ИУ в этом случае становится равным нулю и

цепь регулирования размыкается. Происходит срыв слежения. Захват и срыв - явления, весьма характерные для радиотехнических следящих- систем.

22-2. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО СЛЕЖЕНИЯ ЗА ЧАСТОТОЙ КОЛЕБАНИИ

Принцип действия, функциональные схемы

Системы автоматического слежения за частотой колебаний (АСЧ) нашли весьма широкое применение в радиоаппаратуре различного назначения. Они используются как системы автоподстройки частоты гетеродинов радиоприемников (АПЧ) импульсных и непрерывных сигналов, автоматической стабилизации частоты автогенераторов по частоте колебаний образцового генератора (АСЧ), в качестве следящих фильтров доп-плеровских систем, в эталонах частоты и времени, как демодуляторы частотно-модулированных колебаний и т. Д.

Рнс. 22-3. Функциональная схема частотной системы автоматического слежения за частотой.

Измерительными элементами систем слежения за частотой являются частотные и фазовые различители (детекторы, дискриминаторы).

В соответствии с типом используемого измерительного элемента все системы АСЧ делятся на частотные и фазовые. В частотных системах АСЧ измерительным устройством является частотный дискриминатор, в фазовых системах АСЧ - фазовый детектор.

Иногда используются комбинированные системы АСЧ, где несколько систем АСЧ объединены в единую систему.

В частотной системе АСЧ колебаниячастоты /с, за которой должно осуществляться слежение, поступают на вход смесителя СМ (рис. 22-3), куда также подаются колебания следящего генератора СГ. Полученные в результате этого колебания суммарной или разностной частоты f выделяются полосовым усилителем ПУ и далее проходят на частотный детектор ЧД, где происходит преобразование частоты колебаний в напряжение ичя, зависящее от отклонения частоты f от некоторого значения /о в соответ- . ствии с дискриминационной характеристи- кой детектора. Напряжение ич.п через промежуточные элементы ПЭ поступает на управляющее устройство У (управитель частоты), с помощью которого осуществляется изменение частоты колебаний fr следящего генератора. Промежуточные элементы представляют собой усилители и корректн-



рующие цепи, необходимые для придания системе нужных динамических качеств. В результате действия системы частота колебаний генератора fr следит за частотой колебаний поступающего сигнала fc, так что разность fr-fc, (fc-fr) или сумма fc+fr остается близкой к частоте /о.

Эта общая, функциональная схема совпадает со схемой автоподстройки частоты колебаний (АПЧ) гетеродина радиоприемника, а также с системой частотной автоматической стабилизации частоты fr колебаний,

2L<

Рис. 22-4. Функциональная схема фазовой системы автоматического слежения за частотой.

генератора СГ. В первом случае назначение системы состоит в том, чтобы удержать промежуточную частоту fnp=f вблизи частоты /о при изменении частоты сигнала fc или уходе частоты гетеродина fr. Во втором случае назначение системы сводится к удержанию частоты колебаний генератора fT вблизи некоторого значения, определяемого частотой колебаний fc образцового генератора.

В фазовых системах АСЧ (рис. 22-4) входные колебания./с и колебания следящего генератора подаются на фазовый детектор ФД, выходное напряжение которого (Мф.д) является функцией разности фаз ср или интеграла разности частот Af колебаний генераторов (iD - символ дифференцирования):

Ф=2л j* [Д. - Н dt= ~ Af, (22-1) о

здесь Af=f с-fr - расстройка, 1 /D - символ интегрирования.

Остальные элементы (промежуточные элементы ПЭ и управитель частоты У) - функционально те же, что и в системе АСЧ.

Систему, построенную по функциональной схеме рис. 22-4, называют также с и-стемойфазовой автоподстройки частоты (ФАП) следящего генератора СГ по частоте колебаний fc образцового генератора.

Для фазовой системы АСЧ характерны две особенности, обусловленные типом используемого различителя. Первая состоит в том, что зависимость Иф.д (ф) является периодической функцией. Вследствие этого система имеет бесчисленное число состояний равновесия, отличающихся по фазе на угол ±2nk (k - натуральное число). Вторая состоит в том, что выходное напряжение раз-

личителя пропорционально интегралу разно* сти частот, а не самой разности частот [см. формулу (22-1)]. Это Означает, что при постоянной частоте входных колебаний fc состояние равновесия возможно лишь в случае равенства частот fc=fr, что характерно для астатических систем регулирования.

Комбинированная система слежения за частотой состоит из двух или нескольких систем, объединенных в общую (единую) следящую систему. Объединить можно ча- стотные системы с различными характеристиками частотных различитеЛей или ча-стотныеи фазовые системы. В качестве примера на рис. 22-5 приведена функциональная схема комбинированной системы из двух систем АСЧ: частотной (смеситель СМ, промежуточные элементы ПЭЧ, частотный детектор ЧД) и фазовой (фазовый детектор ФД, промежуточные элементы ПЭФ). Управитель частоты У является общим для обеих систем.,

На управитель поступает сумма напряжений (блок суммирования С) с выхода фазового ФД и частотного ЧД детекторов. В системе имеется устройство сдвига частоты следящего генератора УСЧ, необходимое для того, чтобы осуществить сдвиг ча-


.Рис: 22-5., Функциональная схема комбинированной (частотно-фазовой) системы автоматического слежения за частотой (пример).

стоты следящего генератора на некоторую постоянную величину, равную переходной частоте дискриминатора fB. Это может быть достигнуто, например, установкой дополнительного высокостабильного генератора частоты /о и смесителя (на рис. 22-5 не показаны). Использование комбинированной системы позволяет иногда получить результаты, недостижимые при использовании только фазовой или только частотной системы АСЧ.

Элементы систем АСЧ

Основными элементами систем АСЧ являются фазовые и частотные различители (дискриминаторы, детекторы) и управители частоты колебаний. Аналогичные элементы используются и в других радиотехнических устройствах. Здесь рассматриваются некоторые особенности этих элементов примени-



тельно к их работе в системах АСЧ, а также такие типовые элементы, которые нашли применение в основном в автоматических системах радиотехнических устройств.


Рис. 22-6. Фазовый детектор как шестиполюсннк.

Фазовые детекторы. Фазовым .детектором называют шестиполюсннк (рис. 22-6), выходное напряжение которого Иф.д зависит от разности фаз ср входных сигналов щ и и2:

Ф.д = Ф(Ф)- (22-2)

Один из входных сигналов, например и2, называют опорным ( 2= on), другой - сигналом рассогласования (Ui=uv). Зависимость (22-2) является периодической функцией разности фаз ср. Часто эту функцию можно аппроксимировать косинусоидой ф.д = =К cos ср. Коэффициент К в общем случае зависит от параметров схе-мы и амплитуд колебаний щ и щ.


Рис. 22-7. Балансный фазовый детектор.

с - схема; 6 - графики зависимости относительного выходного напряжения от разности фаз <р (/-при Uml<.Um2i; 2- при Uml=Umz=Um).

Фазовые детекторы делятся&на вектором е р н ы е и коммутаторные. Действие векторомерных ФД основано на сравнении амплитуд векторных сумм и разно- j стей входных напряжений ФД. В составе векторомерных ФД имеются устройства суммирования и вычитания напряжений i и и2 и амплитудные детекторы. Действие коммутаторных ФД основано на коммутации в такт с опорным сигналом параметров цепи (обычно проводимостей определенных участков цепи). Коммутаторные ФД относятся к классу параметрических элементов.

Векторомерные ФД. Наибольшее распространение получили балансный и кольцевой фазовые детекторы.

В балансном ФД (рис. 22-7) на выходе каждого из детекторов (диоды Д\ и Д2 и нагрузочные цепи RC) выделяются сигналы, прогсерциональные амплитудам суммарного и разностного напряжений, а выходное напряжение является разностью напряжений на нагрузках RC этих детекторов. Образование сумм (щ+щ) и разностей (Ы]-и2) мгновенных значений напряжений достигается с помощью трансформаторов Трх и Тр2. Ясно, что если со - частота входных колебаний, то должно выполняться условие С>2я/со, достаточно, чтобы

С (5-М0) 2п

В случае синусоидальных входных сигналов U\ = Um\ cos(cof + ф) и и2- Um2 cos (at. амплитуда суммы иу-\-и2

Vi=V umi + vla+ Wml Um2 cos cp и амплитуда разности ux-u2 Ьru = Vvfni + Vj - 2Uml Vm2 cos ф .

Если сигналы достаточно велики, т. е. детектирование будет линейным, то выходное напряжение ФД

Ф.д = Kn(Ui - Uji),

где Кп - коэффициент передачи амплитудного детектора:

[3nREn 143 Kp. = cos\-jf4 0,8-0,9,

Rbh - сумма внутреннего сопротивления источников сигнала (пересчитанная ко вторичным обмоткам .трансформаторов) и прямого сопротивления диода (диоды могут быть и полупроводниковыми).

Если амплитуда одного из напряжений значительно больше амплитуды другого, например Uml<ZUm2, то





1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 [ 47 ] 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270

Яндекс.Метрика
© 2010 KinteRun.ru автоматическая электрика
Копирование материалов разрешено при наличии активной ссылки.