Автоматическая подстройка частоты в радиоприемниках

Автоматическая подстройка частоты (АПЧ) — устройство или метод автоматического изменения и удержания необходимой частоты электрических колебаний генератора[1]. Метод заключается в автоматической дополнительной регулировке частоты генератора, по информации о рассогласовании частоты из цепи обратной связи. Тем самым осуществляется отрицательная обратная связь по частоте. Сигнал рассогласования по частоте может вырабатываться дискриминатором по различным характеристикам сигнала, получаемого в радиотехническом устройстве с использованием текущей частоты генератора заданной частоты и сравнения её с опорной частотой, например, несущей частотой сигнала. Частота генератора может отличаться от необходимой из-за температурного дрейфа номиналов электронных компонентов, входящих в устройство; из-за неточной (например, дискретной) установки частоты генератора; или из-за доплеровского сдвига частот (в системах приёма сигналов со спутников и космических аппаратов).

АПЧ очень широко применяется в современной электронике:

 

демодуляции АМ и ЧМ сигналов;

декодирования тональных сигналов;

стабилизации и управления скоростью вращения различных электродвигателей, например, в приводах дисковых накопителей;

измерительных приборах, например, частотомерах;

синтезаторах частоты и др.

Автоматическая подстройка частоты широко применяется во входных каскадах бытовых радиоприёмников, в том числе телевизионных и обычно заключается в автоматическом изменении частоты гетеродина (АПЧГ), в небольшом диапазоне: при уходе частоты гетеродина от необходимой для качественного приёма сигнала (например, вызванное изменением температуры), АПЧГ изменяет управляющий сигнал, подаваемый на гетеродин, таким образом, чтобы частота гетеродина соответствовала наилучшему приёму.

 

В телевизионных приёмниках также используется автоматическая подстройка частоты и фазы строчной развёртки с синхронизирующими импульсами видеосигнала.

ЧАПЧ и ФАПЧ

ФАПЧ

Фа́зовая автоподстро́йка частоты (ФАПЧ, англ. PLL) — система автоматического регулирования, подстраивающая фазу управляемого генератора так, чтобы она была равна фазе опорного сигнала, либо отличалась на известную функцию от времени. Регулировка осуществляется благодаря наличию отрицательной обратной связи. Выходной сигнал управляемого генератора сравнивается на фазовом детекторе с опорным сигналом, результат сравнения используется для подстройки управляемого генератора.

 

Система ФАПЧ используется для частотной модуляции и демодуляции, умножения и преобразования частоты, частотной фильтрации, выделения опорного колебания для когерентного детектирования и в других целях.

 

ФАПЧ сравнивает фазы входного и опорного сигналов и выводит сигнал ошибки, соответствующий разности между этими фазами. Сигнал ошибки проходит далее через фильтр низких частот и используется в качестве управляющего для генератора, управляемого напряжением (ГУН), обеспечивающего отрицательную обратную связь. Если выходная частота отклоняется от опорной, то сигнал ошибки увеличивается, воздействуя на ГУН в сторону уменьшения ошибки. В состоянии равновесия выходной сигнал фиксируется на частоте опорного.

ФАПЧ широко используется в радиотехнике, телекоммуникациях, компьютерах и других электронных устройствах. Данная система может генерировать сигнал постоянной частоты, восстанавливать сигнал из зашумлённого коммуникационного канала или распределять сигналы синхронизации в цифровых логических схемах, таких, как микропроцессоры, ПЛИС и т. д. Поскольку интегральная схема может полностью реализовать блок ФАПЧ, этот метод часто используется в современных электронных устройствах с выходными частотами от долей герца до многих гигагерц.

Устройства ФАПЧ могут быть реализованы как аналоговой, так и цифровой схемой. Обе реализации используют одинаковую структурную схему. Как аналоговая, так и цифровая схема ФАПЧ включает в себя 4 основных элемента:

 

Фазовый детектор.

Фильтр нижних частот (ФНЧ).

Регулируемый генератор.

Цепь обратной связи по частоте (часто в неё включают в себя делитель частоты).

Основные технические характеристики[править | править код]

Тип и порядок петли обратной связи.

Полоса частот петли обратной связи.

Скорость отклика на возмущение.

Установившаяся ошибка.

Спектральная чистота выходного сигнала.

Фазовый шум - определяется как спектральная плотность сигнала в указанной полосе частот (например, на расстоянии 10 кГц от несущей). Фазовый шум существенно зависит от фазового шума ГУН, полосы пропускания ФАПЧ, и др.

Общие параметры: такие как потребляемая мощность, диапазон напряжения питания, амплитуда выходного сигнала, и т. д.

 

 

ЧАПЧ

 

Рис. 1. Функциональная схема ЧАПЧ, где 1- смеситель, 2 – УПЧ, 3 – частотный дискриминатор, 4 – инерционный элемент, 5 – ФНЧ, 6 – перестраиваемый гетеродин.

Рис. 4 Структурная схема системы ЧАПЧ