ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ ЧАПЧ С ПОМОЩЬЮ ПРОГРАММЫ “MICROCAP”

Плаксиенко В.С.¹, Плаксиенко Н.Е.², Кулешов А.Ю.³

¹ Доктор технических наук, ² Кандидат технических наук, ³ Магиcтрант, Южный федеральный университет

ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ ЧАПЧ С ПОМОЩЬЮ ПРОГРАММЫ “MICROCAP”

Аннотация

В статье рассмотрены особенности построения системы частотной автоподстройки частоты, выполнено моделирование работы, получены регулировочные характеристики, позволяющие определить полосу захвата и полосу удержания.

Ключевые слова: автоподстройка, полоса захвата, полоса удержания.

 

Plaksienko V.S.¹, Plaksienko N.E.², Kuleshov A.Yu.³

¹ PhD in Engineering, ² PhD in Engineering, ³Undergraduate, Southern Federal University

RESEARCH OF FLL SYSTEM BY MEANS OF THE PROGRAM "MICROCAP"

Abstract

In the article features of creation of system of the frequency auto-adjust of frequency are considered, operation simulation is executed, the regulation curves allowing to define a band of capture and a band of holding are received.

Keywords: auto-adjust, capture band, holding band.

Система автоматической подстройки частоты (АПЧ) должна обеспечивать требуемую точность настройки приемника при воздействии на него дестабилизирующих факторов. Источником частотной нестабильности приемника является гетеродин, поэтому одной из важных задач в современных радиотехнических системах является осуществление синхронизации гетеродина. Синхронизацию местного гетеродина выполняют при помощи системы АПЧ, в которой измерительным элементом является частотный детектор (ЧД), такую систему называют системой частотной автоподстройки частоты (ЧАПЧ). Выполним математическое моделирование системы ЧАПЧ в среде Microcap, для подтверждения её физической реализуемости и исследования основных параметров, что очень важно при разработке реальных радиотехнических систем.

На рис.1 приведена модель установки для исследования системы ЧАПЧ в программе «MICROCAP 9» с указанием параметров макросов элементов,

Рис. 1

где: Х1 – генератор сигнала с частотной модуляцией;  V3 – генератор пилообразного напряжения (ГПН); Х5 – генератор, управляемый напряжением (ГУН); Х6, Х7, Х8, Х37 – амплитудные ограничители (АО), Х2, Х4, Х13, Х32, Х37, Х40 – усилители; Х16, Х38 – перемножители;Х44 – ФСС (активный фильтр Баттерворта с полосами SB = 300 кГц и PB = 250 кГц); Х9 – вычитающее устройство; Х32 - ключ; собранный на усилителе; Х2, Х3, Х6, Х37, Х38, С13, С14, R1, R2, R 3, R4, R5 – элементы, на которых собран измерительный квадратурный ЧД;Х7, Х8, Х9, L1, L6, С6, С11, R81, R82 – элементы, на которых собран балансный ЧД системы ЧАПЧ (ИЭ).

На вход генератора ЧМС Х1 поступает пилообразное напряжение, которое изменяет частоту генератора ЧМ-сигнала по линейному закону на KF = ± 50 кГц, средняя частота F₀ = 465 кГц, что необходимо для получения статической детекторной характеристики ЧД и для исследования системы ЧАПЧ.

Сигнал ошибки  с выхода ЧД  после прохождения через ФНЧ (R8С3) преобразуется в управляющее напряжение , приложенное к ГУН (Х5). Под воздействием  частота ГУН изменяется на  в сторону уменьшения рассогласования между . На выходе ФНЧ измерительного квадратурного частотного детектора (точка 23) формируется зависимость изменения промежуточной частоты на выходе смесителя, т.е. можно сформировать зависимость остаточной расстройки  в системе ЧАПЧ от исходной расстройки  частоты на входе (основная характеристика системы ЧАПЧ).

Полученные регулировочные характеристики позволяют определить полосу захвата и полосу удержания исследуемой системы ЧАПЧ (Рис.2),

Рис.2

где

кривая 1 –  статическая детекторная характеристика ЧД,

кривая 2 –управляющее напряжение, подаваемое на РЧ,

кривая 3 – характеристика регулирования системы при разомкнутой системе ЧАПЧ,

кривая 4 – характеристика регулирования системы при замкнутой системе ЧАПЧ.

Для получения статической детекторной характеристики ЧД необходимо: разомкнуть обратную связь в схеме, установив коэффициент усиления в ключевом элементе (усилителе Х32) равным 0 (размыкаются выход ФНЧ – точка 6 и вход ГУН – точка 9). Сигнал  снимаем с выхода ЧД после ФНЧ (точка 6). Для получения статической детекторной характеристики необходимо запустить анализ переходных процессов Transient Analyses (Alt+1). Следует учесть, что на входе схемы частота изменяется на величину KF = ± 50 кГц относительно частоты F₀= 655 кГц. Поэтому по горизонтальной оси расстояние от середины графика составляет 50 кГц в каждую сторону (при необходимости следует подстроить ЧД, изменяя параметры контуров).

Определить полосу захвата и полосу удержания системы ЧАПЧ можно, используя для этого характеристику регулирования.

Чтобы получить характеристику регулирования системы ЧАПЧ необходимо: подсоединить в схеме выход ФНЧ (точка 6) к управляющему входу ГУН (точка 9) путем установки значения коэффициента усиления в усилителе Х32 равным 1; установить у генератора пилообразного напряжения V3 диапазон изменения напряжения от –1В до +1В и значение девиации частоты KF=±50 кГц. При этом частота генератора ГУН (Х1) будет изменяться по линейному закону от значения 415 кГц до значения 515 кГц. В установленных пределах изменения частоты система войдет в состояние синхронизма и выйдет из него. Сигнал снимать в точке 23 на выходе ФНЧ измерительного квадратурного частотного детектора. Для получения характеристики регулирования необходимо запустить режим анализа переходных процессов Transient Analyses (Alt+1) и снять зависимость изменения управляющего напряжения ГУН от частоты.

Вычисляют полосу захвата, используя формулу

F_о – f₁= f_захв.,

где F_о – частота перехода через 0 характеристики ЧД

f₁ – частота на характеристике регулирования, при которой ГУН войдет в состояние синхронизма (по скачку управляющего напряжения).

Полосу удержания вычисляют по формуле

f₂ – F_о = f_уд,

где F_о – частота перехода через 0 характеристики ЧД,

f₁ – частота на характеристике регулирования, при которой ГУН выйдет из состояния синхронизма (по обратному скачку управляющего напряжения на характеристике регулирования).

Если у генератора пилообразного напряжения (V3) установить диапазон изменения напряжения от +1В до –1В, то частота генератора ЧМ сигнала (Х1) плавно уменьшается от значения 515 кГц до значения 415 кГц. По характеристике регулирования также можно определить полосу захвата и полосу удержания.

Литература

1. Радиоприемные устройства: Учебник для вузов/Н.Н. Фомин, Н.Н. Буга, В.С. Плаксиенко и др. – М.: Радио и связь, 2003. – 520 с.
2. Амелина М.А., Амелин С.А. Программа схемотехнического моделирования Micro–Cap 8. – М.: Горячая линия – Телеком, 2007. – 464 с.
3. Плаксиенко В.С., Плаксиенко Н.Е., Сиденков А.С. Моделирование и исследование частотных детекторов Евразийский союз ученых. Х1 международная научно-практическая конференция «Современные концепции научных исследований». Часть 2. М.: 27-28 февраля 2015 г. С. 49-54.
4. Плаксиенко В.С., Кравченко Д.А., Сиденков А.С. Балансные частотные дискриминаторы Материалы международной конференции "Наука и образование "27 декабря 2013 г - 05 января 2014 г. Praha, Publishing House ”Education and Science” s.r.o. , 2013/2014. Прага, Чехия. С. 19-22.

References

1. The radio-receiving devices: The textbook for higher education institutions/N.N. Fomin, N.N. Buga, V. S. Plaksiyenko, etc. – M.: Radio and communication, 2003. – 520 pages.
2. Amelina M. A., Amelin S. A. Program of circuitry simulation of Micro-Cap 8. – M.: A hot line – the Telecom, 2007. – 464 pages.
3. Plaksiyenko V. S., Plaksiyenko N. E., Sidenkov A.S. Simulation and research of the frequency detectors Euroasian union of scientists. X1 international scientific and practical conference "The Modern Concepts of Scientific Researches". Part 2. M.: On February 27-28, 2015 Page 49-54.
4. Plaksiyenko V. S., Kravchenko D. A., Sidenkov A.S. Balance frequency discrimination circuits Materials of the international conference "Science and education" on December 27, 2013 - on January 05, 2014 Praha, Publishing House of" Education and Science" of s.r.o., 2013/2014. Prague, Czech Republic. Page 19-22.