1.8. Применение частотно-фазовой автоподстройки частоты

Увеличение инерционности кольца ФАПЧ, как за счет неоднократного преобразования частоты, так и за счет сужения полосы пропускания тракта с целью лучшего подавления побочных составляющих, приводит к резкому уменьшению полосы захвата системы по сравнению с ее полосой удержания. При этом даже, несмотря на применение пропорционально-интегрирующего фильтра нижних частот при случайных кратковременных, но мощных воздействиях на систему, ее синхронизм нарушается.

Действительно, пусть первоначально система находилась в состоянии синхронизма, а статическая расстройка генератора (точка 1 на рис. 1.9) не превышала полосы захвата (Δf_ст1 ≤ ΔF₃). Если в этом состоянии генератор окажется под мощным, но кратковременным воздействием дестабилизирующего фактора, так, что статическая расстройка превысит полосу удержания (Δf_ст2 > ΔF_уд), то ФАПЧ сорвется, но после прекращения воздействия статическая расстройка вновь окажется равной Δf_ст1, т. е. в пределах полосы захвата, и система вновь войдет в синхронизм.

Рис. 1.9. К пояснению срыва синхронизма в кольце ФАПЧ

Если же перед указанным воздействием система находилась в состоянии синхронизма, но статическая расстройка генератора, превышала полосу захвата и не была больше полосы удержания - точка 3 на рис. 1.9 - (ΔF₃ < Δf_ст3 < ΔF_уд), то после прекращения воздействия статическая расстройка вновь окажется равной Δf_ст3 < ΔF_уд. Однако в этом случае синхронизм в системе не восстановится, так как рабочая точка не пройдет через полосу захвата системы.

С целью автоматического возвращения системы в состояние синхронизма применяются два метода:

- включение специального генератора поиска и его автоматическое выключение после захвата [34], [37], [52], [82], [86], [93];

- включение частотного дискриминатора параллельно фазовому - применение частотно-фазовой автоподстройки частоты (ЧФАПЧ) [28], [34], [37], [79], [86], [94].

Если иметь в виду электронную перестройку системы с одной рабочей частоты на другую при помощи генератора поиска, то восстановление синхронизма в системе не требует никаких принципиальных изменений в схеме любого устройства с ФАПЧ, так как осуществляется этим же генератором поиска. После срыва ФАПЧ он так изменяет частоту генератора, что последняя проходит через полосу захвата системы, в которой при этом восстанавливается синхронизм, после чего генератор поиска выключается.

Применение ЧФАПЧ основано на том, что ЧАП и ФАПЧ действуют поочередно, так как одновременно они работать не могут. Действительно, при работе ФАПЧ статизм системы равен нулю, а при этом ЧАП работать не может. Если же первоначальная статическая расстройка генератора превышает полосу захвата ФАПЧ, то ФАПЧ бездействует, но может работать ЧАП.

Если параметры обеих систем автоподстройки подобрать так, чтобы полоса захвата ЧАП ΔF_зч была не меньше полосы удержания ФАПЧ ΔF_{уд ф}, а статизм ЧАП ΔF_сч - не более полосы захвата ФАПЧ ΔF_зф (рис. 1.10), то при совместном действии двух систем автоподстройки эквивалентная полоса захвата ФАПЧ окажется равной полосе удержания этой системы. Если обратиться к приведенному выше примеру, то при срыве ФАПЧ во втором случае генератор окажется охваченным ЧАП, которая уменьшит статическую расстройку до величины своего статизма. Но поскольку ΔF_сч < ΔF_зф, сразу же произойдет захват ФАПЧ и динамическая расстройка уменьшится до нуля.

Рис. 1.10. Связь между частотными полосами в системе ЧФАПЧ

Применение ЧФАПЧ в СВЧ синтезаторах весьма оправданно (следует помнить, что в этих системах полоса захвата ФАПЧ чрезвычайно мала) и речь может идти только о выборе между применением ЧФАПЧ и генератора поиска при ФАПЧ.