Обеспечение стабильности частоты несущей при ЧМ

 

Как будет показано в гл. 15, частотная модуляция может быть реализована двумя методами: прямым и косвенным. В си­стеме прямой модуляции необходимо стабилизировать частоту несущей. Для осуществления этого используется фазовый де­тектор, вырабатывающий корректирующее напряжение, кото­рое подается на реактансный каскад, обеспечивающий стабиль­ность частоты несущей. Один из вариантов функциональной свя­зи фазового детектора (дискриминатора) с остальными элемен­тами устройства управления частотой ЧМ-колебаний, а также принципиальная схема дискриминатора изображены на рис. 6.6.

Рис. 6.6. Схема обеспечения стабильности частоты несущей.

 

Устройство автоматической регулировки частоты называется дискриминатором. Он используется для поддержания частоты ЧМ-генератора в окрестности отведенной средней частоты не­сущей. В то же время дискриминатор должен позволять часто­те генератора смещаться в соответствии с модулирующими сигналами. Приведенные на схеме рис. 6.6 генераторы, усилите­ли класса С и другие устройства аналогичны уже рассмотрен­ным ранее.

В фазовом дискриминаторе на катушку индуктивности L₂ через конденсатор связи Се подается опорное напряжение, ко­торое образуется в резонансном контуре L₁C₇ смесителя. В то же время благодаря трансформаторной связи между катушкой li и катушками ls и L₄ выходное напряжение смесителя по­ступает на два плеча дискриминатора с соблюдением фазовых соотношений, описываемых в гл. 7.

Фазовый дискриминатор формирует выходной корректирую­щий сигнал, прикладываемый к реактансному каскаду, который в свою очередь управляет частотой генератора с регулируемой частотой (гл. 12).

Генератор с кварцевой стабилизацией вырабатывает коле­бания стабильной опорной частоты; обычно эта частота значи­тельно ниже частоты требуемой ЧМ-несущей, поскольку гене­ратор более низких частот работает более стабильно. Поэтому, если, например, частота колебаний генератора с кварцевой ста­билизацией равна 4,25 МГц, то, используя ряд удвоителей и утроителей частоты, повышают эту частоту до тех пор, пока она не окажется близкой к частоте сигнала, вырабатываемого око­нечным радиочастотным усилителем класса С. В данном кон­кретном ЧМ-передатчике частота несущей равна 105 МГц и на­ходится в пределах стандартного диапазона частот, отведенного для ЧМ-радиовещания (от 88 до 108 МГц). Этот сигнал часто­той 105 МГц получен умножением частоты ЧМ-генератора, ко­торая также выбирается ниже частоты несущей. Малая де­виация на такой низкой частоте в этой модулирующей системе повышается до требуемой для вещания величины при помощи схем умножения частоты, которые не только повышают частоту генератора, но одновременно повышают и величину отклонения частоты несущей. Поэтому девиация частоты, получаемая при помощи реактансного каскада, может составлять всего несколько килогерц, но затем она повышается до требуемого значения путем последовательного умножения частоты модулированной несущей.

Так, например, пусть генератор с регулируемой частотой предназначен для работы на средней частоте 5,833 МГц, а ряд последовательно включенных удвоителей и утроителей для дан­ной радиостанции повышает несущую частоту в 18 раз, т. е. до ~105 МГц. Если девиация частоты равна 4 кГц, то в процессе умножения частоты это значение будет утроено, удвоено и вновь утроено и достигнет значения 72 кГц, что близко к мак­симально разрешенной девиации в этой полосе частот, отведен­ной для ЧМ-радиовещания.

Сигнал, получаемый на выходе оконечного радиочастотного усилителя класса С, а также сигнал с выхода оконечного уси­лителя кварцованного генератора поступают в смеситель. В слу­чае схемы, показанной на рис. 6.6, эти сигналы имеют частоты 105 и 102 МГц, и на выходе смесителя образуется разностная частота 3 МГц. Разностный сигнал частотой 3 МГц подается на фазовый дискриминатор, настроенный на эту частоту. Если сиг­налы на входе смесителя не изменяются, то частота выходного сигнала смесителя остается равной 3 МГц и напряжение на вы­ходе фазового дискриминатора (на R₂ и R₅) равно нулю. В этом случае к реактансному каскаду не прикладывается никакого корректирующего напряжения и средняя частота генератора с регулируемой частотой не меняется.

Фазовый дискриминатор не вырабатывает выходного сигна­ла при постоянстве частот подаваемых на него сигналов вслед­ствие того, что падения напряжений на R₂ и R?, равны по вели­чине, но противоположны по знаку и поэтому компенсируют друг друга; более подробно это объясняется при описании ра­боты дискриминатора ЧМ-сигналов в гл. 7. Если же средняя частота генератора с регулируемой частотой уходит от требуе­мого значения, то в процессе смешивания частот получается сигнал, отличный от сигнала частотой 3 МГц. В этом случае один диод дискриминатора проводит лучше другого и на выход­ных резисторах R₂ и Rs образуются различные падения напря­жений. В результате этого возникает напряжение корректиров­ки, которое прикладывается к реактансному каскаду, который в свою очередь корректирует частоту генератора с регулируе­мой частотой до требуемого значения 105 МГц.

Увеличение или уменьшение относительно 3 МГц частоты сигнала на выходе смесителя определяет знак потенциала на выходе дискриминатора относительно земли. В свою очередь знак этого потенциала определяет, будет ли реактансный каскад увеличивать или уменьшать частоту генератора с регулируемой частотой (см. гл. 12).

Конденсатор С₂ на входе реактансного каскада оказывает низкое реактивное сопротивление для радиочастотных сигналов и поэтому отфильтровывает их, предотвращая поступление на вход реактансного каскада. Таким образом, составляющие час­тотной модуляции, имеющиеся в фазовом дискриминаторе, не влияют на работу реактансного каскада. Реактивное сопротив­ление С₂ достаточно мало для сигналов радиочастоты, но не оказывает шунтирующего действия на постоянную составляю­щую напряжения, вырабатываемого дискриминатором. Поэтому конденсатор С₂ не влияет на поступление корректирующего сиг­нала на реактансный каскад. В обычных условиях работы ча­стота генератора с регулируемой частотой быстро не меняется. Вследствие этого медленный дрейф частоты этого генератора обусловливает появление напряжения корректировки, а быстрые изменения, вызванные процессом модуляции, эффективно от­фильтровываются цепью из конденсатора С₂ и резистора Ri.