Обоснование и выбор технических средств лабораторной работы для изучения характеристик и свойств систем ФАПЧ в курсе теории электросвязи

Системы ФАПЧ находять широкое применение в технике связи. Исходя из этого, они требуют больше времени в учебном плане специальности ТКС (телекоммуникационные системы и сети). Особенно это касается лабораторних занятий. К тому же, большинство лабораторных работ реализуються на основе компьютерных моделей, которые, в основном, являються идеальными, не учитывают влияние внешних факторов на систему.

Таким образом, целью работы является разработка макета для проведения лабораторных исследований систем ФАПЧ в курсе теории электросвязи для улучшения качества подготовки специалистов.

К основным задачам относятся: обоснование и выбор структурной и принципиальной схем макета для проведения исследований систем ФАПЧ; выбор характеристик для изучения ФАПЧ; проведение экспериментальных исследований ФАПЧ.

В учебных целях для проведения лабораторных исследований систем фазовой автоподстройки частоты целесообразно использовать схему простейшей системы ФАПЧ. Она состоит из трёх основных элементов: фазового детектора (ФД), фильтра низких частот (ФНЧ) и генератора, управляемого напряжением (ГУН).

В данной работе за основу схемы взята интегральная микросхема 4046. Этот выбор объясняется тем, что функциональные узлы микросхемы реализуют все модули простейшей ФАПЧ и позволяют достаточно просто построить законченную систему. Так, в состав ИМС 4046 входят: ГУН с частотозадающими элементами, формирователь входного сигнала, три вида фазовых детекторов (что даёт возможность расширить спектр исследований по изучению систем ФАПЧ).

Для реализации макета необходимо определиться с параметрами элементов системы ФАПЧ.

Для расчёта сопротивления фильтра Rf зададимся значением ёмкости фильтра С_f=430 пФ (конденсатор такой ёмкости приемлем по нагрузочной способности для микросхемы и имеет малые габариты):

(1)

Согласно документации к ИМС 4046 (Data Sheet 74HC/HCT4046A) на значения R₁, R₂, C₁ существуют следующие ограничения: C₁>40пф; 3кОм<R₁<300кОм; 3кОм<R₂<300кОм; R₁||R₂>2,7кОм.

Тогда, исходя из приведенных в Data Sheet 74HC/HCT4046A положений по расчёту элементов схемы, получаем такие значения величин: R1=10 кОм; С1=150 пф; R₂=18 кОм.

Значения элементов в реализованной системе ФАПЧ (с учётом их корректировки при экспериментах): R1=10 кОм; R2=18 кОм; Rf=1,6 кОм; C1=380 пФ; Cf=430 пФ.

Фазовые детекторы ИМС 4046 обозначаются: «РС I» – это «исключающее ИЛИ»; «РС II» – это фазовый детектор, работающий по фронтам и имеющий высокоимпедансное состояние; «РС III» – это фазовый детектор, работающий по фронтам.

Исследовательские задачи для разработанного макета системы ФАПЧ: получить зависимости fгунвых(Uупр); получить значения коэффициентов чувствительности ГУН; определить полосу удержания системы; измерить джиттер в системе; проанализировать полученные результаты; сформулировать выводы.

В лабораторных условиях для измерения джиттера в системе будет использоваться анализатор спектра (метод спектрального анализа). Для этого не требуется высокоточной аппаратуры, а результаты являются достаточно наглядными.

Простота практической реализации макета системы ФАПЧ на ИМС 4046 и его наглядность могут быть достаточным основанием для использования подобного рода макетов в лабораторных исследованиях в курсе «Теория электросвязи».