5. Исследование синтезатора частоты с системой фапч

(лабораторная работа 4)

Цель работы – ознакомление с принципом работы синтезатора частоты и особенностями работы системы ФАПЧ в его составе.

5.1. Описание лабораторной установки

Исследуемый синтезатор частоты состоит из

- опорного кварцевого генератора (f₀=1000 кГц);

- делителя частоты с коэффициентом деления 1:1000;

- импульсного фазового детектора (ИФД) в 2-х вариантах исполнения (ИФД1 выполнен на устройстве выборки-хранения с предварительным формированием пилообразного напряжения; ИФД2 выполнен на триггере);

- ФНЧ (апериодическое звено с постоянной времени 1 или 20 мсек);

- управляемого генератора, работающего в диапазоне частот 1900…2600 кГц (управление частотой осуществляется как от фазового детектора, так (в режиме частотной модуляции) и от внешнего генератора);

- делителя частоты с коэффициентом деления 1:2;

- делителя с переменным коэффициентом деления (ДПКД) 1:К_ДПКД (К_ДПКД=2000…2510 с шагом 1);

- фазового манипулятора, используемого в режиме фазовой модуляции.

Синтезатор позволяет сформировать дискретную сетку частот в диапазоне 1000…1255 кГц с шагом сетки 1 кГц.

Помимо исследуемого синтезатора частоты в состав лабораторной установки включены:

- мультиметр, предназначенный для измерения частоты формируемых колебаний, коэффициента усиления ИФД (К_ФД), постоянной составляющей напряжения на выходе ИФД, амплитуды модулирующего напряжения и девиации частоты ("перелистывание" страниц индикатора мультиметра осуществляется кнопками << и >>, запуск встроенного частотомера при различных временах усреднения (накопления) частотомера (1, 10, 100, 1000 и 10 000 мс) осуществляется кнопкой Т).

- генератор модулирующего напряжения,

- органы управления режимом работы синтезатора частоты.

Нажатие любой кнопки в нижней части лицевой панели стенда приводит к изменению режима работы исследуемой схемы, которое сопровождается зажиганием соответствующего светодиода. Повторное нажатие на ту же кнопку приведет к изменению состояния на последующее или противоположное.

Принцип работы синтезатора частоты состоит в следующем. В режиме слежения системы ФАПЧ сигналы на входах фазового детектора имеют одинаковую частоту, поэтому, при заданной частоте f₀/1000 входного сигнала, частота управляемого генератора должна быть больше ее в К_ДПКД раз. При этом фазовый детектор формирует постоянное управляющее напряжение (для ИФД1), пропорциональное разности фаз сигналов на его входах. Изменяя К_ДПКД, можно изменять частоту управляемого генератора. В случае срыва слежения системы ФАПЧ на выходе фазового детектора возникают биения.

Основным преимуществом синтезатора частоты с системой ФАПЧ в сравнении с пассивными синтезаторами, использующими метод многократного преобразования частоты, является низкий уровень побочных спектральных составляющих в выходном сигнале. Недостатками синтезатора частоты с системой ФАПЧ являются большее время перестройки частоты и возможность срыва слежения, при котором частота выходного сигнала существенно отличается от заданной.

Ширина полосы удержания системы ФАПЧ определяется максимально возможным изменением частоты управляемого генератора под воздействием управляющего напряжения. Полоса захвата не превышает полосу удержания и зависит от характеристик дополнительного ФНЧ.

Наличие ИФД превращает систему ФАПЧ в импульсную и анализ ее непрерывного эквивалента возможен лишь в том случае, когда длительность переходного процесса существенно превышает период входных импульсов Δt=1000/f₀. В частности, при включении ИФД1 система ФАПЧ проявляет свойства дискретной системы, которые можно наблюдать при исследовании переходных процессов.