и г It)

ГУН

Рис. 11.1. Структурная схема контура фазовой автоподстройки частоты.

СВЯЗЬЮ и содержит три основных функциональных блока: фазовый компаратор, фильтр низкой частоты и ГУН. Принцип работы ФАПЧ был рассмотрен в гл. 10.

Если входной сигнал отсутствует, то напряжение ошибки в системе ФАПЧ Uom равно нулю и ГУН работает на некоторой номинальной частоте /о, которая называется частотой свободных колебаний. При подаче на систему входного сигнала фазовый компаратор сравнивает фазу и частоту этого сигнала с частотой ГУН и вырабатывает сигнал ошибки Uomit), который связан с разностью фаз и частот этих двух сигналов. Это напряжение ошибки затем фильтруется и подается на управляющий вход ГУН.

Если входная частота /вх достаточно близка к о, механизм обратной связи ФАПЧ заставляет ГУН синхронизироваться или войти в захват с частотой входного сигнала. После установления захвата частота ГУН будет равна частоте входного сигнала с точностью до конечной разности фаз.

П.З. ПОЛОСА ЗАХВАТА И ПОЛОСА СЛЕЖЕНИЯ

Когда устройство ФАПЧ находится в захвате , оно может быть представлено в виде линейной системы с обратной связью, как показано на рис. 11.2. На этой схеме через Фвх и Фо обозначены фазовые углы, связанные с входным сигналом и выходом ГУН соответственно, F{s)-передаточная функция фильтра низкой частоты', а /(д и Кт - коэффициенты преобразования фазового компаратора и ГУН схемы ФАПЧ.

Двумя важнейшими параметрами системы ФАПЧ являются полоса захвата и полоса слежения. Последняя

Здесь S - комплексная переменная. - Прим. ред.

F(S]

определяет диапазон частот в окрестности /о, в котором система ФАПЧ может удерживать синхронизм с входным сигналом. Этот параметр известен также под названием диапазона удержания. Диапазон удержания увеличивается при увеличении общего коэффициента усиления контура ФАПЧ.

Полосой захвата называется полоса частот в окрестности fo, в которой система ФАПЧ может войти в синхронизм со входным сигналом. Она всегда меньше, чем полоса слежения и определяется полосой пропускания низкочастотного фильтра, уменьшаясь при сужении последней. Система ФАПЧ реа-Рис. 11.2. Модель ФАПЧ в ви- гирует ТОЛЬКО на входные де линейной системы с отри- р„р„я пы иягтптя к-птппых лп-цательной обратной связью. сигналы, частота КО iOpbiX достаточно близка к /о и попадает в диапазоны захвата и удержания системы. Таким образом, характеристики системы ФАПЧ позволяют получить высокую степень избирательности для частотного диапазона с центральной частотой /о и поэтому системы ФАПЧ используются в различных селективных устройствах формирования и демодуляции сигналов. Перечислим основные применения монолитных систем ФАПЧ:

демодуляция ЧМ сигналов; синтез частот;

кодирование/декодирование с частотной манипуляцией (модемы);

следящие фильтры;

формирование сигнала;

тональное декодирование;

синхронизация при передаче данных;

телеметрическое кодирование/декодирование;

детекторы, синхронизироваппые кварцевым резонатором;

широкополосные частотные дискриминаторы;

преобразователи напряжение - частота. 11.4. МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МОНОЛИТНЫЕ СИСТЕМЫ ФАПЧ

Устройство XR-2I5 представляет собой универсаль-, ную монолитную систему фазовой автоподстройки ча:то-ты, предназначенную для широкого применения как 158

в аналоговых, так и в цифровых системах связи. Оно особенно, удобно при использовании для демодуляции ЧМ сигналов, синтеза частот и в следящих фильтрах, может работать в широком диапазоне напряжений питания (от 5 до 26 В), а также в широкой полосе частот (от 0,5 Гц до 35 МГц). Устройство может работать в диапазоне входных аналоговых сигналов от 300 мкВ до 3 В и обеспечивает сопряжение с обычными сериями логических элементов типов ДТЛ, ТТЛ и ЭСЛ.

Выходы Времяза-

(разоВого Выбор дающий

компаратора диапазона нонденсатор

+ £иО 0 0 ООО

Входы о--

фазового g компаратора о-

Смещение фазового компаратора

ФазоВый компаратор

т

13 П

ГУН

-О бодай Ш/

Вход -оупраВлЕния . частотой -О Регулировка {сипения ГУН

Вход ОУ Норрекиар Выход ОУ ОУ

Рис. П.З. Структурная схема монолитной системы ФАПЧ XR-2I5.

Функциональная схема монолитной системы ФАПЧ типа XR-215 показана на рис. 11.3. Схема содержит балансный, фазовый компаратор, высокостабильный генератор, управляемый напряжением, и быстродействующий операционный усилитель. Выходы фазового компаратора имеют внутреннее соединение со входами ГУН и с неинверсным входом операционного усилителя. Законченная схема ФАПЧ образуется путем простого соединения по переменному току выхода ГУН с любым входом фазового компаратора и добавления низкочастотного фильтра к выходным контактам фазового компаратора.