Радиотехническая аппаратура высокоточного контроля геометрической формы плотин гидроэлектростанций
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
?ная схема системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) показана на рисунке 2. Система стабилизирует частоту подстраиваемого генератора (ПГ) по сигналу с высокостабильного эталонного генератора (ЭГ).
Объектом управления в системе ФАПЧ является ПГ, частота колебаний (или фаза) напряжения которого изменяется в зависимости от напряжения, вырабатываемого управляющим элементом (УЭ), при этом напряжение ПГ остается неизменным. Частота напряжения ПГ является выходным сигналом системы ФАПЧ. На систему действует напряжение от эталонного генератора с частотой ?э, этот сигнал является управляющим воздействием. Измерителем рассогласования является фазовый детектор (ФД), выходной сигнал которого, является нелинейной периодической функцией разности фаз сигналов подаваемых от ПГ и ЭГ. Сигнал с ФД через фильтр нижних частот (ФНЧ) подается на УЭ, который перестраивает частоту ПГ, приближая её к частоте ЭГ. В установившемся режиме в системе устанавливается постоянная разность фаз между напряжениями uэ и uг, при этом напряжение на выходе ФД также будет постоянным, в результате чего частота сигнала с ПГ окажется равной частоте сигнала с ЭГ.
Рисунок 2 - Функциональная схема ФАПЧ
Начальное рассогласование частот от ЭГ и ПГ
,(15)
где ?э - начальная частота сигнала ПГ.
После включения системы ФАПЧ частота сигнала ПГ
(16)
Составляющая ?гу возникает из-за перестройки частоты ПГ и определяется выражением
,(17)
где kг - коэффициент передачи ПГ по частоте;
kуэ - коэффициент передачи УЭ;
kД - коэффициент, равный максимальному напряжению на выходе ФД;
? - разность фаз напряжений ЭГ и ПГ.
Для простоты принято, что ФНЧ отсутствует и напряжение с ФД подается на УЭ. Величина
(18)
имеющая размерность круговой частоты, определяет максимальное допустимое рассогласование частот , которое может быть скомпенсировано в системе ФАПЧ, эту величину называют полосой удержания системы. С учетом выражений (16) и (17) частота сигнала с ПГ (15) оказывается равной
(19)
Разность фаз сигналов с ЭГ и ПГ определяется выражением
,(20)
где ?0 - начальное значение разности фаз.
Из последнего выражения следует, что
(21)
В установившемся режиме разность фаз ? - постоянная величина, поэтому частота сигнала ПГ равна частоте сигнала ЭГ, т. е. ошибка стабилизации частоты сигнала ПГ равна нулю.
Подставив в выражение (20) формулу (18), получим нелинейное дифференциальное уравнение для системы ФАПЧ:
(22)
Уравнение (21) является основным дифференциальным уравнением системы ФАПЧ; из этого уравнения следует, что в любой момент времени алгебраическая сумма разности частот и расстройки является постоянной величиной, равной начальному рассогласованию частот сигналов ЭГ и ПГ.
Для разрабатываемой системы использование ЭГ и ФНЧ не потребуется, схема ФАПЧ (рис. 3) будет включать в себя помимо ФД, так же синхронный детектор (СД) и усилитель переменного напряжения (УС). Управляющим элементом будет интегратор (И).
Рисунок 3 - Функциональная схема ФАПЧ
Так как сигнал очень слабый, то после ФД будет стоять усилитель переменного напряжения, которое будет создаваться на отражающей антенне при помощи коммутатора путем замыкания и размыкания антенны на землю по заданной меандровой последовательности (коду), которая также служит идентификатором отражающей антенны.
Синхронный детектор сравнивает усиленное переменное напряжение с сигналом управляющим коммутатором и на выходе получается разность фаз этих сигналов, которая идет на интегратор, а он в управляет изменением частоты в ГУН.
2.3 Фазовый детектор
Фазовым детектором (ФД) называется устройство, служащее для создания напряжения, изменяющегося в соответствии с законом изменения фазы входного напряжения. Если на вход ФД действует напряжение
,(23)
то продетектированное напряжение
(24)
Положим, на входе ФД действует напряжение , показанное на рис. 4, а, тогда напряжение на выходе ФД должно иметь вид рис. 4, б.
Рисунок 4 - Входное (а) и выходное (б) напряжения ФД
Рассмотренный случай является типичным для фазового телеграфирования, при котором начальные фазы паузы и посылки отличаются на 180. При фазовой модуляции (ФМ) фаза плавно изменяется в соответствии с передаваемой информацией. Так как в спектре напряжения на выходе ФД имеются частотные составляющие, которых не было в спектре напряжения , то для реализации ФД нельзя использовать линейную систему с постоянными параметрами. Фазовое детектирование нельзя также осуществить с помощью простой безынерционной нелинейной системы. Например, постоянная составляющая тока диодного детектора зависит только от амплитуды входного напряжения и не зависит от его фазы и частоты. Поэтому ФД можно выполнить на основе линейной системы с переменными параметрами (параметрической системы).
Структурная схема ФД показана на рис. 5. Эта схема совпадает со структурной схемой преобразователя частоты; отличие состоит лишь в том, что частота гетеродина (опорное напряжение) . Под действием опорного напряжения меняется активный параметр схемы, обычно крутизна S.
Рисунок 5 - Структурная схема ФД
Схема ФД совпадает также со схемой параметрического амплитудного детектор