РОЗДІЛ 2
ТЕОРЕТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ПРИНЦИПІВ ПОБУДОВИ
ШВИДКОДІЮЧИХ СИСТЕМ ФАП ЗАСОБІВ РАДІОЗВ'ЯЗКУ
В цьому розділі досліджується удосконалена система ФАП синтезатора частот, в основу якої закладені принципи побудови, які дозволяють покращити її динамічні характеристики та характеристики точності. Обґрунтовано узагальнену функціональну схему удосконаленої системи, з використанням якої розроблено модель даної системи. Отримано основні диференційні рівняння з нелінійними законами регулювання, які описують роботу системи, що розглядається. Проведено класифікацію можливих типів рішення, в основу якої покладені спрощення, які характеризуються певними часовими масштабами. Проаналізовані в лінійному припущенні властивості системи, яка запропонована, в стаціонарному режимі при порівняно малих відхиленнях частоти. Виявлені умови стійкості та встановлено характер перехідних процесів, що протікають у системі. Досліджені властивості фазового детектора із динамічно регулюємим зворотнім зв'язком за фазою, які дозволяють зрозуміти фізичні процеси, що протікають у системі.
2.1. Дослідження системи ФАП синтезатора частот з параметрами, що динамічно регулюються, по нелінійним законам
2.1.1 Обґрунтування моделі системи ФАП синтезатора частот та виведення диференційних рівнянь для характерних режимів роботи. В результаті дослідження шляхів покращення динамічних характеристик систем ФАП запропонована функціональна схема моделі системи з регулюванням параметру додаткового зворотного зв'язку за фазою по нелінійним законам, яка зображена на рис. 2.1. Модель містить додаткове коло зворотного зв'язку за фазою з динамічно регульованими параметрами по нелінійним законам та канал оцінки стану системи.
Об'єднані з першим фазовим детектором (ФД1), до складу якого входять
перший елемент порівняння (ЕП1) і перший фазо-детекторний перетворювач (ФД1п), у єдиний вузол додаткове коло зворотного зв'язку за фазою з динамічно регульованими параметрами та канал оцінки стану системи ФАП складають фазовий детектор з динамічно регульованим зворотнім зв'язком за фазою (ФДДЗЗ). До складу додаткового кола зворотного зв'язку за фазою входять регульований підсилювач (РП) та фазовий модулятор (ФМ) із додатковим входом регулювання коефіцієнту підсилення, що впливає на сигнал генератора керованої напруги (ГКН). До складу каналу оцінки стану системи ФАП входять фазообертувач (ФО) вхідного сигналу, другий фазовий детектор (ФД2), до складу якого входять ЕП2 і ФД2п, першим входом з'єднаний зі входом ФД1, а другим - з виходом ФО.
Робота запропонованої системи полягає у наступному. На вхід системи подається високочастотне коливання, яке надходить одночасно на ФД1 та ФД2. Високочастотна напруга ГКН надходить через ФМ на другий вхід ФД1 та через ФО на другий вхід ФД2. Вихідна напруга ФД1 надходить безпосередньо на вхід РП, коефіцієнт підсилення якого регулюється за сигналом з виходу ФД2 по нелінійним законам виду та , з метою підвищення швидкодії даної системи, та через ФНЧ1 на вхід управління частотою ГКН. Вихідна напруга РП через ФНЧ3 подається на другий вхід ФМ, на виході якого отримуємо деякий зсув фази.
Сигнал з виходу ФД2 через ФНЧ2 надходить на вхід регулювання коефіцієнту підсилення РП, при цьому в режимі стеження обирається мінімальне значення коефіцієнту підсилення РП, яке дозволяє зсунути фазу сигнала ГКН на мінімальне значення на виході ФМ.
Під впливом керованої напруги ФД1 на виході ГКН підтримується коливання з частотою, рівною деякому встановленому номінальному значенню.
В перехідному режимі при появі розстройки в системі на виході ФД1 з'явиться змінна напруга з частотою биттів. За рахунок наявності зворотного зв'язку ФД1 з ФМ на виході ФД1 з'явиться постійна напруга, величина якої пропорційна коефіцієнту підсилення РП, а знак пропорційний знаку
розстройки. В системі відбудеться процес захоплення по частоті.
На виході ФД2 з'явиться змінна напруга з частотою биттів. На виході ФНЧ2 постійна напруга відсутня, тому що фаза сигналу з виходу ГКН зсувається на постійне значення, яке дорівнює четвертій частині періоду коливань, на відміну від ФД1.
В момент захоплення по частоті на виході ФД1 та ФД2 з'явиться постійна напруга, пропорційна різниці фаз коливань, що надходять.
При малих розстройках по частоті, постійна напруга з виходу ФНЧ2 поступає на вхід регулювання коефіцієнту підсилення РП, закон зміни якого описується функціями виду та , та приведе до зміни коефіцієнту підсилення РП. Збільшення постійної напруги з виходу ФД2 через ФНЧ2 приведе до зменшення коефіцієнту підсилення РП за нелінійними законами, що в перехідному режимі підвищить швидкодію системи, а в режимі, що встановився, точностні характеристики.
Згідно загальноприйнятим правилам для систем радіоавтоматики [106] кожний функціональний елемент системи замінимо відповідною групою ланок або самостійною ланкою з урахуванням виконуваних ним функцій та його характеристик (рис.2.2). Отримана в операторній формі структурна схема моделі системи з регулюванням параметру додаткового зворотного зв'язку за фазою по нелінійним законам дозволяє здійснити аналіз процесів, що відбуваються в ній.
Складемо рівняння відносно різниці фаз сигналів на виході ФД1:
, (2.1)
де - фаза сигналу на вході системи ФАП; - фаза сигналу на виході ФМ.
В операторній формі похідну від різниці фаз запишемо у вигляді:
, (2.3)
(2.4)
де - частота вхідного сигналу; - нелінійна функція характеристики
Рис. 2.1. Функціональна схема моделі системи ФАП з регулюванням параметру додаткового зворотного зв'язку за фазою по нелінійним законам
Рис. 2.2. Структурна схема моделі системи ФАП з регулюванням параметру додаткового зворотного зв'язку за фазою по нелінійним законам
управління ГКН; - максимальна напруга,