Методические пояснения к лабораторной работе №87 Системы фапч (стр. 5 из 6)

В. Система ФАПЧ с петлевым фильтром в виде пропорционально-интегрирующей цепи (рис. 2б и рис. 2в):

где ,

Г. Система ФАПЧ с двумя интеграторами:

где

Аналогично записываются коэффициенты передачи для других приложений системы ФАПЧ, например, для частотного модулятора, у которого

– модулирующая функция, имеем:
= = ,

1. Моделируемые схемы

Данная работа выполняется на ЭВМ с помощью программы Micro Cap v.6 Demo. Используются три следующих файла.

Файл Lab87_1.cir содержит схему, приведенную на рис. 5. Схема имеет:
– модулятор ЧМ сигнала, состоящий из генератора, управляемого напряжением (VCO X4) и трех источников V2, V10, V9 модулирующего сигнала (меандр-SQUARE, треугольный импульс-TRIANGLE, гармонический сигнал-SIN),
– источник входного шума, состоящий из двух генераторов (Noise Х5 и Х8),
– смеситель входного радиосигнала и шума (сумматор Х6),
– исследуемую систему ФАПЧ.

Рис. 5

В свою очередь данная система ФАПЧ содержит:
– фазовый детектор ФД (перемножитель Х1, ФНЧ – цепь

фазовращающая цепь –

– набор петлевых фильтров ПФ (цепь интегратор Х9, сумматор Х13),
– сумматор Х19 управляющих напряжений и ,
– генератор, управляемый напряжением (VCO X3),
– дополнительный частотный детектор ЧД (перемножитель Х14 и его ФНЧ – цепь дифференциатор Х15, перемножитель Х16 и интегратор Х18.

Файл Lab87_2.cir содержит схему, приведенную на рис. 6. Схема содержит:
– модулятор ЧМ сигнала (VCO X4), генератор модулирующего напряжения-меандра V2 и систему ФАПЧ, которая в свою очередь имеет:

– ФД (перемножитель Х7), ПФ (цепь

), ГУН (на транзисторах Q1, Q2 и ОУ Х10),
фазосдвигающую цепь ( ).( При этом источник затухающего синусоидального сигнала V9 является вспомогательным и поставлен для того, чтобы ускорить процесс самовозбуждения ГУНа, который в программе Micro Cap обычно имеет большую продолжительность).

Рис. 6

Файл Lab87_3.cir содержит схему, приведенную на рис. 7.

Данная схема имеет:
– источник амплитудно-модулированного сигнала Е1,
– источник входного шума (Noise X5, X7),
– смеситель входного радиосигнала и шума (сумматор Х6),
– систему ФАПЧ, выделяющую несущую частоту входного АМ сигнала, которая в свою очередь имеет ФД (перемножитель Х1), ПФ (цепь

ГУН (VCO X3), фазосдвигающая цепь (
– синхронный детектор АМ сигнала (перемножитель Х4 и ФНЧ из цепи

Рис. 7

Задание

1. Вызвать файл Lab87_1cir и провести следующие исследования.

1.1. Определить полосу захвата и полосу удержания систем ФАПЧ без дополнительного ЧД с указанными ниже ПФ в отсутствие помех.

Для этого установить коэффициент передачи сумматора Х19 по входу напряжения

равным нулю. Установить коэффициент передачи сумматора Х6 по входу шума равным нулю.

1.1.1. Смоделировать систему ФАПЧ без ПФ.

Для этого подключить к входу напряжения

сумматора Х19 выход ФНЧ ФД (выход цепи

1.1.1.1.Определить полосу захвата данной системы ФАПЧ.

Для этого подключить к входу модулятора источник V2 меандра (SQUARE). Установить амплитуду меандра равной 2 В. (В таком случае система ФАПЧ входит в режим синхронизации.) Длительность развертки по оси времени установить 2 мс. Осуществить наблюдение осциллограмм: модулирующего сигнала (точка in1), входного радиосигнала (точка in), выходного сигнала демодулятора ЧМ сигнала (точка fd1) и выходного колебания ГУНа (точка a).

Увеличивая последовательными шагами амплитуду меандра и наблюдая осциллограммы только в точках in1 и fd1, измерить амплитуду меандра, при которой система ФАПЧ уже не может захватить входной радиосигнал. Пересчитать это значение в величины

и Обратить внимание на несинусоидальность формы сигнала ошибки при проскальзывании по дискриминационной характеристике ФД в отсутствии захвата сигнала, о чем говорилось выше.

1.1.1.2. Определить полосу удержания данной системы ФАПЧ.

Для этого подключить к входу модулятора источник V10 треугольного модулирующего сигнала (TRIANGLE).Установить его амплитуду порядка 3-5 В и длительность развертки по оси времени 2 мс. Осуществить наблюдение осциллограмм в точках in1 и fd1. Измерить величину модулирующего сигнала, при которой происходит срыв сопровождения сигнала, а также величину ошибки сопровождения до момента срыва. Рассчитать величины

и

1.1.1.3. Изучить поведение системы ФАПЧ на границе полосы захвата и удержания при наличии шумовой помехи. Для этого установить коэффициент передачи сумматора Х6 по входу шума, равным единице. Для двух-трех действующих значениях шума (вторые параметры в генераторах шума, одновременно устанавливаемые в обоих генераторах Х5 и Х8) осуществить наблюдение в точках in и fd1 при длительности развертки по времени 6 мс. Выявить наличие или отсутствие явлений экстрасистолии или тахикардии.

1.1.2. Смоделировать систему ФАПЧ с ПФ в виде интегрирующей цепи, либо с ПФ в виде пропорционально-интегрирующей цепи.

Для этого, в первом случае, подключить к входу напряжения

сумматора Х19 выход цепи . Во втором случае подключить к первому входу сумматора Х13 выход цепи и установить коэффициент передачи по этому входу, равным 0.8. Ко второму входу сумматора Х13 подключить выход цепи и установить его коэффициент передачи, равным 0.2 (здесь положено m = 0.2). Выход сумматора Х13 соединить с входом напряжения сумматора Х19.

Определить полосу захвата и полосу удержания выбранной системы ФАПЧ. Для этого повторить выполнение пунктов 1.1.1.1. и 1.1.1.2 для этой системы.

1.2. Исследовать систему ФАПЧ с двумя интеграторами, смоделировав ее для случая k =1, B = 1e4.

Для этого установить коэффициенты передачи по обоим входам сумматора Х13, равными единице. К его первому входу подключить интегратор Х9 с коэффициентом передачи 1e4, а ко второму входу выход цепи

1.2.1. Исследовать особенности режима захвата данной системы ФАПЧ в отсутствие входного шума.

Для этого установить коэффициент передачи сумматора Х6 по входу шума равным нулю. Подключить к входу модулятора источник меандра V2 (SQUARE).

Увеличивая поочередными шагами амплитуду меандра, начиная с 2 В, и наблюдая осциллограммы в точках in1 и fd1 на временном интервале 2 мс, убедиться в ином характере процесса захвата в этой системе ФАПЧ по сравнению с предыдущими системами. Измерить амплитуду меандра, при которой время вхождения в синхронизм начинает превышать 0.3 мс.