Puc. 39. Синхронный гетеродинный приемних

[>

частотных пределах. Демодулированный звуковой сигнал проходит полосовой фильтр Z3 с полосой пропускания 0,3...3 кГц (в ряде случаев он может быть очень простым или вообще отсутствовать) и поступает на оконечный УЗЧ A3 и далее на гро.мкоговоритель или телефоны BF1. Остановимся подробнее на работе петли ФАПЧ.

Пусть при появлении сигнала на входе приемника (см. рис. 39) частота несущей немного не совпадает с частотой гетеродина Gt. Тогда на выходе усилителя А2, как в обычном гетеродинном приемнике, выделяется сигнал биений с частотой, равной разности частот сигнала и гетеродина. Этот сигнал, пройдя фильтр Z2, воздействует на варикап, периодически изменяя частоту гетеродина, причем во время одной полуволны частота гетеродина приближается к частоте сигнала и мгновенная частота биений понижается, а во время другой полуволны удаляется от часготы сигнала и мгновенная частота биений повышается. В результате первая полуволна биений как бы растягивается во времени, а другая сжимается, и сигнал биений становится несипусои-дальным, как показано на рис. 40. Форма биений такова, что появляется постоянная составляющая Uo, как бы «подтягивающая» частоту гетеродина к частоте несущей. Если «подтягивание» частоты больше начальной расстройки частот сигнала и гетеродина, то в системе происходит захват, и частота гетеродина устанавливается в точности равной частоте сигнала. Предельную расстройку, при которой еще происходит захват, называют полосой захвата. Ее значение зависит от частоты среза ФНЧ Z2 и от амплитуды сигнала на входе.

Рис. 40. Биения в системе ФАПЧ

В режиме захвата немодулированной несущей яа выходе смесителя выделяется постоянное напряжение, пропорциональное косинусу разности фаз несущей и колебаний гетеродина. Это напряжение ошибки слежения воздействует на варикап до тех пор, пока сдвиг фаз не приблизится к 90°, а само напряжение ошибки не приблизится к нулю. Таким образом, в режиме захвата напряжения сигнала и гетеродина становятся квадратурными. При угловой модуляции сигнала система ФАПЧ отслеживает изменения фазы и частоты сигнала и на ее выходе выделяется демодулированный звуковой сигнал. Обозначим сигнал и напряжение гетеродина как

Hj=aiCOS [со +(р()], «2=2Cos{co +92)> (48) где ф() - фаза сигнала, изменяющаяся при модуляции;

Ф2 - фаза колебаний гетеродина.

Смеситель перемножает напряжения u\ и «а, а ФНЧ Z1 выделяет низкочастотную компоненту, отфильтровывая частоты, близкие к 2(о:

(49)

В результате действия петли ФАПЧ фг устанавливается близкой к 90°, поэтому обозначим ф2=90°+Дф, тогда выходной сигнал системы, поступающий на фильтр Z3, запишется в виде:

u,a,K,smt)-, (50)

где /Со - коэффициент передачи сигнала от входа смесителя до выхода усилителя А2.

В зависимости от частотной характеристики фильтра петли Z2 возможны разные режимы работы ФАПЧ. Ес-

Puc. 41. Пропорционально-интегрирующий фильтр

ЛИ фильтр достаточно инерционный, т. е. пропускает только постоянный ток и очень низкие частоты, то отслеживаться будет только несущая сигнала. Член Дф в выражении (40) будет стремиться к нулю, а выходной демодулированный звуковой сигнал окажется пропорциональным 8!пф(). Такой режим подходит для приема узкополосной ФМ с небольшим индексом модуляции, поскольку при этом ф(0<1 и з!пф?ь;ф. При больших отклонениях фазы в процессе модуляции, достигающих 90° (р~1,5), будет наблюдаться мягкое ограничение де-модулированного сигнала (по функции синуса), мало влияющее на разборчивость, но дальнейшее увеличение отклонений фазы приведет к искажениям. Их можно устранить, расширив полосу фильтра Z2. Тогда система сможет отслеживать и значительные изменения фазы сигнала при модуляции, и изменения его частоты. В этом режиме можно принимать ЧМ сигналы. К сожалению, расширение полосы фильтра петли вредно - оно увеличивает шумовую полосу и ухудшает возможность приема и захвата слабых сигналов в шуме. Хорошим компромиссом служит применение пропорционально-интегрирующего фильтра, имеющего низкую частоту среза /ср и протяженный горизонтальный участок АЧХ на частотах выше f срМ- Коэффициент т обычно имеет порядок 0,03...0,3. Схема и АЧХ фильтра показаны на рис. 41.

Важным параметром системы ФАПЧ является полоса удержания - максимальная расстройка гетеродина относительно частоты сигнала, при которой еще не происходит срыва слежения. Ее легко рассчитать. Напряжение на выходе смесителя Ш (см. рис. 39) максимально при 31пДф=1. Оно и соответствует максимально возможной расстройке. Тогда из (40) получаем

«om=«i"o и fyR=af<oq, (45)