звать линейным параметрическим. Он иногда используется в практике.

При решении некоторых задач наиболее существенное значение имеет нелинейный характер зависимости ср(г). Если шум невелик, то используют в этом случае упрощенный нелинейный эквивалент, где в отличие от общего случая влияние шума на Кл не учитывается и дискриминационная характеристика вычисляется как если бы входной шум отсутствовал, т. е. cp(z) определяется при иш.вх=0. Соответственно Кя здесь является величиной постоянной (при t7OTBi: = const). Действие шума учитывается введением напряжения иш с постоянной спектральной плотностью.

Учет нелинейных свойств ИУ в более полном объеме проводится обычно методом моделирования процессов на цифровых и аналоговых машинах (см. разд. 24). Иногда в процессе моделирования некоторые преобразования сигнала не моделируют, а сохраняют такими, как в реальных устройствах, т. е. прибегают к так называемому смешанному моделированию, при котором наряду с математическими машинами используются реальные устройства обработки сигналов.

В большинстве практических случаев ограничиваются еще более простым линейным эквивалентом ИУ, в котором принимается, что процессы в ИУ можно описать с помощью пропорционального звена с постоянным коэффициентом передачи г\ч (вычисленном при Ыш.вх=0), а действие входного шума учесть добавлением шума иш (рис 22-2, г). Именно такой эквивалент ИУ используется в дальнейшем.

Во многих случаях в радиотехнических следящих системах объект регулирования является почти безынерционным, в результате чего можно достаточно просто и в широких пределах варьировать параметры системы, выбирая их так, чтобы условия воспроизведения управляющего воздействия были наилучшими.

Своеобразие радиотехнических следящих систем состоит также в том, чтц измерительное устройство (а иногда и некоторые другие элементы) имеют ограниченную апертуру (область действия), что иллюстрирует дискриминационная кривая (рис. 22-2, а). Поэтому предварительно система должна быть введена в режим слежения, т. е. должен быть произведен захват так, что рассогласование предварительно сводится к достаточно малому значению, при котором начинается нормальный режим слежения. Введение в режим слежения производится автоматически или вручную. При действии помех большого уровня, в случае резких и значительных по величине изменений входных управляющих воздействий, а также в некоторых других случаях рассогласование z может стать весьма большим, выходящим за пределы дискриминационной характеристики. Выходное напряжение ИУ в этом случае становится равным нулю и

цепь регулирования размыкается. Происходит срыв слежения. Захват и срыв - явления, весьма характерные для радиотехнических следящих- систем.

22-2. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО СЛЕЖЕНИЯ ЗА ЧАСТОТОЙ КОЛЕБАНИИ

Принцип действия, функциональные схемы

Системы автоматического слежения за частотой колебаний (АСЧ) нашли весьма широкое применение в радиоаппаратуре различного назначения. Они используются как системы автоподстройки частоты гетеродинов радиоприемников (АПЧ) импульсных и непрерывных сигналов, автоматической стабилизации частоты автогенераторов по частоте колебаний образцового генератора (АСЧ), в качестве следящих фильтров доп-плеровских систем, в эталонах частоты и времени, как демодуляторы частотно-модулированных колебаний и т. Д.

Рнс. 22-3. Функциональная схема частотной системы автоматического слежения за частотой.

Измерительными элементами систем слежения за частотой являются частотные и фазовые различители (детекторы, дискриминаторы).

В соответствии с типом используемого измерительного элемента все системы АСЧ делятся на частотные и фазовые. В частотных системах АСЧ измерительным устройством является частотный дискриминатор, в фазовых системах АСЧ - фазовый детектор.

Иногда используются комбинированные системы АСЧ, где несколько систем АСЧ объединены в единую систему.

В частотной системе АСЧ колебаниячастоты /с, за которой должно осуществляться слежение, поступают на вход смесителя СМ (рис. 22-3), куда также подаются колебания следящего генератора СГ. Полученные в результате этого колебания суммарной или разностной частоты f выделяются полосовым усилителем ПУ и далее проходят на частотный детектор ЧД, где происходит преобразование частоты колебаний в напряжение ичя, зависящее от отклонения частоты f от некоторого значения /о в соответ- . ствии с дискриминационной характеристи- кой детектора. Напряжение ич.п через промежуточные элементы ПЭ поступает на управляющее устройство У (управитель частоты), с помощью которого осуществляется изменение частоты колебаний fr следящего генератора. Промежуточные элементы представляют собой усилители и корректн-

рующие цепи, необходимые для придания системе нужных динамических качеств. В результате действия системы частота колебаний генератора fr следит за частотой колебаний поступающего сигнала fc, так что разность fr-fc, (fc-fr) или сумма fc+fr остается близкой к частоте /о.

Эта общая, функциональная схема совпадает со схемой автоподстройки частоты колебаний (АПЧ) гетеродина радиоприемника, а также с системой частотной автоматической стабилизации частоты fr колебаний,

2L<

<м

Рис. 22-4. Функциональная схема фазовой системы автоматического слежения за частотой.

генератора СГ. В первом случае назначение системы состоит в том, чтобы удержать промежуточную частоту fnp=f вблизи частоты /о при изменении частоты сигнала fc или уходе частоты гетеродина fr. Во втором случае назначение системы сводится к удержанию частоты колебаний генератора fT вблизи некоторого значения, определяемого частотой колебаний fc образцового генератора.

В фазовых системах АСЧ (рис. 22-4) входные колебания./с и колебания следящего генератора подаются на фазовый детектор ФД, выходное напряжение которого (Мф.д) является функцией разности фаз ср или интеграла разности частот Af колебаний генераторов (iD - символ дифференцирования):

Ф=2л j* [Д. - Н dt= ~ Af, (22-1) о

здесь Af=f с-fr - расстройка, 1 /D - символ интегрирования.

Остальные элементы (промежуточные элементы ПЭ и управитель частоты У) - функционально те же, что и в системе АСЧ.

Систему, построенную по функциональной схеме рис. 22-4, называют также с и-стемойфазовой автоподстройки частоты (ФАП) следящего генератора СГ по частоте колебаний fc образцового генератора.

Для фазовой системы АСЧ характерны две особенности, обусловленные типом используемого различителя. Первая состоит в том, что зависимость Иф.д (ф) является периодической функцией. Вследствие этого система имеет бесчисленное число состояний равновесия, отличающихся по фазе на угол ±2nk (k - натуральное число). Вторая состоит в том, что выходное напряжение раз-

личителя пропорционально интегралу разно* сти частот, а не самой разности частот [см. формулу (22-1)]. Это Означает, что при постоянной частоте входных колебаний fc состояние равновесия возможно лишь в случае равенства частот fc=fr, что характерно для астатических систем регулирования.

Комбинированная система слежения за частотой состоит из двух или нескольких систем, объединенных в общую (единую) следящую систему. Объединить можно ча- стотные системы с различными характеристиками частотных различитеЛей или ча-стотныеи фазовые системы. В качестве примера на рис. 22-5 приведена функциональная схема комбинированной системы из двух систем АСЧ: частотной (смеситель СМ, промежуточные элементы ПЭЧ, частотный детектор ЧД) и фазовой (фазовый детектор ФД, промежуточные элементы ПЭФ). Управитель частоты У является общим для обеих систем.,

На управитель поступает сумма напряжений (блок суммирования С) с выхода фазового ФД и частотного ЧД детекторов. В системе имеется устройство сдвига частоты следящего генератора УСЧ, необходимое для того, чтобы осуществить сдвиг ча-

.Рис: 22-5., Функциональная схема комбинированной (частотно-фазовой) системы автоматического слежения за частотой (пример).

стоты следящего генератора на некоторую постоянную величину, равную переходной частоте дискриминатора fB. Это может быть достигнуто, например, установкой дополнительного высокостабильного генератора частоты /о и смесителя (на рис. 22-5 не показаны). Использование комбинированной системы позволяет иногда получить результаты, недостижимые при использовании только фазовой или только частотной системы АСЧ.

Элементы систем АСЧ

Основными элементами систем АСЧ являются фазовые и частотные различители (дискриминаторы, детекторы) и управители частоты колебаний. Аналогичные элементы используются и в других радиотехнических устройствах. Здесь рассматриваются некоторые особенности этих элементов примени-

тельно к их работе в системах АСЧ, а также такие типовые элементы, которые нашли применение в основном в автоматических системах радиотехнических устройств.

Рис. 22-6. Фазовый детектор как шестиполюсннк.

Фазовые детекторы. Фазовым .детектором называют шестиполюсннк (рис. 22-6), выходное напряжение которого Иф.д зависит от разности фаз ср входных сигналов щ и и2:

Ф.д = Ф(Ф)- (22-2)

Один из входных сигналов, например и2, называют опорным ( 2= on), другой - сигналом рассогласования (Ui=uv). Зависимость (22-2) является периодической функцией разности фаз ср. Часто эту функцию можно аппроксимировать косинусоидой ф.д = =К cos ср. Коэффициент К в общем случае зависит от параметров схе-мы и амплитуд колебаний щ и щ.

Рис. 22-7. Балансный фазовый детектор.

с - схема; 6 - графики зависимости относительного выходного напряжения от разности фаз <р (/-при Uml<.Um2i; 2- при Uml=Umz=Um).

Фазовые детекторы делятся&на вектором е р н ы е и коммутаторные. Действие векторомерных ФД основано на сравнении амплитуд векторных сумм и разно- j стей входных напряжений ФД. В составе векторомерных ФД имеются устройства суммирования и вычитания напряжений i и и2 и амплитудные детекторы. Действие коммутаторных ФД основано на коммутации в такт с опорным сигналом параметров цепи (обычно проводимостей определенных участков цепи). Коммутаторные ФД относятся к классу параметрических элементов.

Векторомерные ФД. Наибольшее распространение получили балансный и кольцевой фазовые детекторы.

В балансном ФД (рис. 22-7) на выходе каждого из детекторов (диоды Д\ и Д2 и нагрузочные цепи RC) выделяются сигналы, прогсерциональные амплитудам суммарного и разностного напряжений, а выходное напряжение является разностью напряжений на нагрузках RC этих детекторов. Образование сумм (щ+щ) и разностей (Ы]-и2) мгновенных значений напряжений достигается с помощью трансформаторов Трх и Тр2. Ясно, что если со - частота входных колебаний, то должно выполняться условие С>2я/со, достаточно, чтобы

С (5-М0) 2п

В случае синусоидальных входных сигналов U\ = Um\ cos(cof + ф) и и2- Um2 cos (at. амплитуда суммы иу-\-и2

Vi=V umi + vla+ Wml Um2 cos cp и амплитуда разности ux-u2 Ьru = Vvfni + Vj - 2Uml Vm2 cos ф .

Если сигналы достаточно велики, т. е. детектирование будет линейным, то выходное напряжение ФД

Ф.д = Kn(Ui - Uji),

где Кп - коэффициент передачи амплитудного детектора:

[3nREn 143 Kp. = cos\-jf4 0,8-0,9,

Rbh - сумма внутреннего сопротивления источников сигнала (пересчитанная ко вторичным обмоткам .трансформаторов) и прямого сопротивления диода (диоды могут быть и полупроводниковыми).

Если амплитуда одного из напряжений значительно больше амплитуды другого, например Uml<ZUm2, то