Кафедра динамики электронных систем

Физический факультет ЯрГУ

РАДИОфизика

Лабораторная работа № 5

ФАЗОВАЯ АВТОПОДСТРОЙКА ЧАСТОТЫ

2009 г.

Оглавление.

Предисловие. 3

Фазовая автоподстройка частоты. 5

1 Общие сведения. 5

2 Принципы работы системы фазовой автоподстройки частоты. 6

3. Лабораторная работа. 9

3.1 Структурная схема установки. 10

3.2 Панель ручного управления. 11

3.3 Поле цифробуквенного дисплея. 12

4. Программа и порядок выполнения работы. 12

5. Содержание отчета. 15

6. Контрольные вопросы. 16

Предисловие.

Содержание учебного пособия соответствует программе курса “Устройства приема и обработки сигналов”, предусмотренного государственным образовательным стандартом. Структура пособия состоит из теоретической части, в которой даются основные методы построения узлов устройств приема и обработки аналоговых и цифровых сигналов, и практической части, соответствующей лабораторному практикуму.

В процессе изучения происходит знакомство с общими принципами работы основных узлов устройств приема и обработки сигналов, физическими процессами, протекающими в этих узлах устройств, особенностями системотехнических и схемотехнических решений, тенденциями развития теории и техники. При изложении материала учебного пособия широко используются сведения, изучаемые в других разделах курса «Устройства приема и обработки сигналов». Материал этих разделов имеется в учебной литературе, список которой приведен в данном пособии.

Экспериментальные исследования обеспечивают поддержку основных разделов курса. В лабораторном практикуме предусмотрено выполнение исследований различных радиотехнических узлов, входящих в состав радиоприемных комплексов локационных и навигационных систем, устройств оптимальной обработки цифровых сигналов, телекоммуникационных и телевизионных устройств, систем автоматического управления, устройств синхронизации и поиска сигналов.

Автоматизированные лабораторные установки позволяют проводить лабораторные работы как в автономном режиме, с использованием встроенных измерительных приборов и источников питания, так и в режиме управления от ЭВМ, в том числе и с управлением по компьютерной сети в режиме удаленного доступа. Выполнение лабораторной работы заканчивается составлением отчета с выводами по проведенным экспериментальным исследованиям. В ряде случаев предусматривается выполнение расчетного домашнего задания с предоставлением результатов расчета и ответов на контрольные вопросы, перечень которых приведен в конце каждого раздела учебного пособия. Лабораторный практикум является одним из основных в подготовке бакалавров, магистров и дипломированных специалистов широкого профиля.

При подготовке учебного пособия учтен опыт работы коллектива кафедр “Радиотехника и телекоммуникации” и “Радиоэлектронные средства защиты информации” радиофизического факультета Санкт-Петербургского государственного университета, а также преподавателей и специалистов Красноярского государственного технического университета.

Фазовая автоподстройка частоты.

1 Общие сведения.

Системой фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) называется система автоматического регулирования, обеспечивающая автоматическое регулирование частоты управляемого генератора в устройствах приема и обработки сигналов в соответствии с частотой входного сигнала и использующая в качестве измерительного элемента фазовый детектор. Системы фазовой автоподстройки частоты используются для подстройки частоты гетеродина в супергетеродинных устройствах приема и обработки сигналов, для выделения несущей частоты в демодуляторах систем передачи сообщений при реализации когерентного приема сигналов, для измерения частоты с помощью узкополосных следящих фильтров, при формировании высокостабильных колебаний в синтезаторах частот различных радиотехнических устройств и т.д.

Особенностью системы ФАПЧ (находящейся в состоянии синхронизации) является нулевая статическая ошибка по частоте, т.е. равенство частот колебаний подстраиваемого генератора (гетеродина) u_Г(t)=U_Г cos_Г t и эталонного (входного) колебания u_c(t)=U_c cos_с t. Вместе с тем в электронных системах ФАПЧ существует статическая ошибка регулирования по фазе, т.е. статическое отличие фаз колебаний подстраиваемого генератора, управляемого напряжением (ГУН), и эталонного сигнала. Системы ФАПЧ обычно имеют сравнительно узкий диапазон начальных расстроек, в котором они осуществляют подстраивающее действие. При анализе работы системы ФАПЧ рассматривают режимы удержания и захвата.

Режимом удержания называется установившийся режим равенства частот ω_с = ω_Г, соответствующий эффективной работе системы ФАПЧ при медленных изменениях начальной расстройки. При этом имеются в виду изменения, скорость которых много меньше скорости переходных процессов в системе.

Режимом захвата называется процесс, возникающий при скачкообразном изменении начальной расстройки и заканчивающийся установлением режима удержания. Характерным различием этих режимов является то, что в режиме захвата существенную роль играют переходные процессы.

Основными характеристиками систем ФАПЧ являются следующие:

Полоса удержания ΔΩ_У - область начальных расстроек ГУН, внутри которой система ФАПЧ эффективно работает в режиме удержания.

Полоса захвата ΔΩ_З - область начальных расстроек ГУН, внутри которой система ФАПЧ эффективно работает в режиме захвата.

Время захвата t_З, представляющее собой время втягивания системы ФАПЧ в режим синхронизации. Время захвата существенно зависит от значения начальной расстройки между частотой входного колебания и частотой колебания ГУН.