Системи фазового автопідстроювання частоти (фапч) в техніці зв'язку

 

Мета роботи: Вивчити властивості і характеристики системи ФАПЧ.

Завдання роботи:

Досліджувати властивості і характеристики системи ФАПЧ при використанні її як частотний детектор.

Досліджувати властивості і характеристики системи ФАПЧ при використанні її як керований генератор гармонійних коливань.

 

ВВЕДЕННЯ.

 

Система ФАПЧ реалізуються на основі елементарних ланок сполучених в структуру із зворотним зв'язком. До складу ФАПЧ входить фазовий детектор (Ph.Det), що формує фільтр (Loop Filter) і генератор гармонійних коливань, керований напругою (VCO), - (див. ріс.1). При використанні ФАПЧ у складі синтезатора частоти гетеродина, вхідним сигналом ФАПЧ є задаюче гармонійне коливання XV(t), вихідним - сигнал місцевого генератора (VCO)-e0(t). Якщо ФАПЧ використовується як детектор ЧМ сигналу, вхідним сигналом є ЧМ сигнал XV(t), вихідним низькочастотний сигнал, що представляє відновлюване повідомлення.

 

 

 

Малюнок 1. - Структурна схема ФАПЧ.

 

 

Властивості і характеристики системи ФАПЧ визначаються властивостями і характеристиками її елементів, перш за все фазовим детектором і формуючим фільтром. Істотний вплив на роботу ФАПЧ надає передавальна характеристика фазового детектора, тип фільтру, його порядок, коефіцієнт передачі в петлі зворотного зв'язку і ін. Ці чинники впливають на умови захоплення і утримання частоти, на нелінійні спотворення при детектуванні, на спектральний склад сигналу, що генерується керованим генератором.

ПОСТАНОВКА ЗАВДАНЬ ДОСЛІДЖЕННЯ.

Об'єктом дослідження в даній роботі є проста система ФАПЧ, в якій як керований генератор (VCO) використовується частотний модулятор. Початкова схема моделі (Див. мал. 2) розрахована на дослідження її як частотного детектора. Модель включає джерело ЧМ сигналу (модулі 2 і 3) і власне модель ФАПЧ (модулі 0,1,4,5). При проведенні досліджень моделі джерело сигналу і модель ФАПЧ модифікуються шляхом зміни параметрів модулів, їх заміни і введення до складу структури інших модулів.

Завдання даної роботи вирішуються шляхом аналізу сигналів для різних точок моделі ФАПЧ в тимчасовій і частотній областях, а також отримання на цій основі оцінок параметрів самої ФАПЧ. При виконанні досліджень, зокрема, при оцінці спектрів, необхідно використовувати потрібні відрізки реалізації сигналів, характерні для того або іншого варіанту використання ФАПЧ. Так при оцінці нелінійних спотворень, ФАПЧ, що вносяться, при демодуляції, слід враховувати перехідний режим ФАПЧ (відповідно, ділянка реалізації, де цей режим спостерігається). При дослідженні сталих режимів, характерних для роботи ФАПЧ у складі керованого генератора, слід вибирати фрагменти реалізації, де перехідні процеси закінчилися.

 

ХІД ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1. Завантажити виконуючий файл com_pll3.svu (Ріс.2). Доповнити модель аналізуючим модулем для реєстрації модулюючого сигналу. Запустити модель на цикл моделювання і побудувати графіки передаваного і прийнятого повідомлень і їх спектри. (Для поліпшення дозволу по частоті слід використовувати тимчасові вікна і зміну масштабу по осі частот.) Визначити час перехідного процесу в системі ФАПЧ і коефіцієнт нелінійних спотворень вихідного сигналу частотного детектора. До уваги брати перші три гармоніки модулюючого сигналу.

Досліджувати вплив різновидів (типу) використовуваного формуючого фільтру на час перехідного процесу, замінюючи фільтр Бесселя, на фільтр Баттерворта, потім - Чебишева (нерівномірність частотної характеристики - 0,1дб). Порядок і налаштування фільтру зберегти ті ж.

 

Використовуючи як формує фільтр Чебишева, змінюючи його порядок від 3 (початкове значення) до 8, побудувати залежність часу перехідного процесу і коефіцієнта нелінійних спотворень від порядку фільтру.

 

 

 

 

1. Досліджувати залежність часу перехідного процесу і коефіцієнта нелінійних спотворень від зміни коефіцієнта посилення в петлі зворотного зв'язку. Для цього доцільно повернутися до початкового значення порядку фільтру (3) і, змінюючи коефіцієнт посилення підсилювача, (модуль 4) реєструвати час перехідного процесу і спектр вихідного сигналу. Останній дає можливість розрахувати коефіцієнт нелінійних спотворень. Оцінити максимальний коефіцієнт посилення, при якому ще забезпечується стійка робота ЧМ детектора.

2. Замінити джерело ЧМ сигналу джерелом гармонійного коливання (амплітуда -1,414 У, частота - 1кгц). Додатково ввести аналізуючий модуль для реєстрації вихідного - сигналу генератора керованої напруги. Отримати оцінки спектрів сигналів завдання і сигналу формованого ФАПЧ як керованого генератора. Порівняти спектри і оцінити рівень небажаних (паразитних) компонент у вихідному сигналі ФАПЧ. Досліджувати залежність рівня другої гармоніки в спектрі вихідного сигналу ФАПЧ від порядку формуючого фільтру Бесселя (порядок змінювати від 3 до 8). Побудувати графік цієї залежності.

3. Для дослідження явища захоплення і утримання задаючого коливання слід доповнити початкову модель (файл com_pll3.svu) елементами, що моделюють перебудову частоти коливання, що несе, на вході ФАПЧ. Для цього між джерелом ЧМ сигналу (модуль 2) і входом ФАПЧ (модуль 3) слід помістити фрагмент схеми що моделює перебудову частоти, зображений на мал. 3.

 

 

 

 

Параметри додатково введених модулів.

 

а) Параметри генератора ЛЧМ сигналу (Freq. Sweep):

Amp = 1b

Start.freq = 1.9кгц

Stop.freq = 2.15кгц

Period = 0.5с

б) Параметри смугового фільтру (Band Pass):

Тип - Баттерворт

Порядок - N=5

Частоти зрізу flo = 750гц, fhi = 1500 Гц.

Частоту генератора передаваного повідомлення слід збільшити до 100гц. Після внесення змін запустити модель і побудувати графік сигналу на виході ФАПЧ. По графіку визначити момент почала формування сигналу з частотою 100гц (момент захоплення) і момент закінчення формування (момент зриву стеження). Знаючи швидкість сканування частоти Sweep-генератора і його початкову (кінцеву) частоту, визначити смугу захоплення і смугу утримання ФАПЧ.

 

ЗМІСТ ЗВІТУ.

1. Найменування роботи, її мета і завдання.

2. Структурна схема моделей, їх параметри, параметри системного часу.

Ескізи графіків сигналів, їх спектрів побудови залежності і обчислення значення параметрів відповідно до пункту 1.4.

2. Виводи відповідно до пунктів 1.4 «Ходу виконання роботи».

ЛІТЕРАТУРА.

1. Шахгильдян в.В., Ляховкина.А. Системи фазового автопідстроювання частоти. М., "Связь",1972, стор. 15-36, 80-84.

Гоноровський і.С. Радіотехнічні ланцюги і сигнали. М. «Радянське радіо» 1977г. Стр 357-359.

ДОДАТКОВЕ ЗАВДАННЯ.

 

Пояснити на фізичному рівні, чому ФАПЧ як керований генератор в сталому режимі має нульову помилку відстежування частоти задаючого коливання.

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №11