Что такое схема фазовой автоподстройки частоты. Как работает ФАПЧ. Для чего применяются системы ФАПЧ. Каковы основные компоненты схемы ФАПЧ. Как спроектировать систему ФАПЧ.
Принцип работы схем фазовой автоподстройки частоты
Схемы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) представляют собой системы автоматического регулирования, которые подстраивают частоту управляемого генератора к частоте входного сигнала. Основная задача ФАПЧ — обеспечить синхронизацию по частоте и фазе выходного сигнала с входным.
Базовая структура ФАПЧ включает следующие основные блоки:
- Фазовый детектор
- Фильтр нижних частот
- Генератор, управляемый напряжением (ГУН)
Принцип работы ФАПЧ можно описать следующим образом:
- Фазовый детектор сравнивает фазы входного и выходного сигналов
- Разностный сигнал фильтруется для выделения постоянной составляющей
- Отфильтрованный сигнал управляет частотой ГУН
- Частота ГУН подстраивается для синхронизации с входным сигналом
Основные режимы работы ФАПЧ
Система ФАПЧ может находиться в нескольких характерных режимах работы:
Режим удержания
В режиме удержания частоты входного сигнала и управляемого генератора совпадают, система отслеживает небольшие изменения входной частоты. Максимальный диапазон отслеживания называется полосой удержания.
Режим биений
Режим биений возникает при большой начальной расстройке частот, превышающей полосу удержания. В этом режиме на выходе фазового детектора наблюдаются колебания на разностной частоте.
Режим захвата
Режим захвата — это переходный процесс, при котором система переходит из режима биений в режим удержания. Полоса захвата определяет максимальную начальную расстройку, при которой возможен захват.
Применение систем фазовой автоподстройки частоты
Схемы ФАПЧ нашли широкое применение в различных областях электроники и радиотехники. Основные сферы использования ФАПЧ включают:
- Системы связи — для демодуляции частотно-модулированных сигналов
- Синтезаторы частот — для генерации стабильных частот
- Системы восстановления тактовой частоты в цифровых схемах
- Умножители и делители частоты
- Системы синхронизации в телевидении и мониторах
Универсальность ФАПЧ обусловлена возможностью точной подстройки частоты в широком диапазоне при сохранении высокой стабильности.
Математическое описание процессов в ФАПЧ
Для анализа динамики системы ФАПЧ используется следующее базовое уравнение:
dφ/dt + KF(p)sinφ = Δω
Где:
- φ — разность фаз входного и выходного сигналов
- K — коэффициент передачи системы
- F(p) — передаточная функция фильтра
- Δω — начальная расстройка частот
Решение этого уравнения позволяет определить характеристики переходных процессов и установившихся режимов в системе ФАПЧ.
Проектирование систем фазовой автоподстройки частоты
При разработке схем ФАПЧ необходимо учитывать следующие ключевые аспекты:
Выбор фазового детектора
Фазовый детектор может быть реализован различными способами:
- Аналоговый перемножитель сигналов
- Логический фазовый детектор
- Триггерный фазовый детектор
Выбор типа детектора зависит от требуемой точности, рабочего диапазона частот и других параметров системы.
Проектирование фильтра нижних частот
Фильтр нижних частот играет ключевую роль в определении динамических характеристик ФАПЧ. Основные задачи при проектировании фильтра:
- Подавление высокочастотных составляющих
- Обеспечение требуемой полосы пропускания
- Оптимизация переходных процессов
Выбор и настройка ГУН
При выборе генератора, управляемого напряжением, необходимо учитывать:
- Требуемый диапазон перестройки частоты
- Линейность характеристики управления
- Уровень фазовых шумов
- Температурную стабильность
Анализ устойчивости системы ФАПЧ
Устойчивость — важнейшая характеристика системы ФАПЧ. Для анализа устойчивости применяются классические методы теории автоматического управления:
- Критерий Найквиста
- Метод корневого годографа
- Анализ расположения полюсов передаточной функции
При проектировании необходимо обеспечить запас устойчивости по фазе и амплитуде во всем рабочем диапазоне системы.
Шумовые характеристики ФАПЧ
Шумовые свойства системы ФАПЧ определяются несколькими факторами:
- Собственные шумы ГУН
- Шумы фазового детектора
- Шумы опорного генератора
Для минимизации фазовых шумов выходного сигнала применяются различные методы:
- Оптимизация полосы пропускания фильтра
- Использование малошумящих компонентов
- Применение специальных схемотехнических решений
Цифровые системы ФАПЧ
Развитие цифровой техники привело к появлению полностью цифровых реализаций ФАПЧ. Цифровые ФАПЧ имеют ряд преимуществ:
- Высокая точность
- Широкий диапазон перестройки
- Простота перестройки параметров
- Возможность реализации сложных алгоритмов
Однако цифровые ФАПЧ имеют ограничения по быстродействию, связанные с конечной частотой дискретизации.
Заключение
Схемы фазовой автоподстройки частоты являются мощным и универсальным инструментом для решения широкого круга задач в современной электронике. Понимание принципов работы и особенностей проектирования ФАПЧ позволяет создавать эффективные системы для различных применений.
Искусство схемотехники, Т.2
Искусство схемотехники, Т.2
ОглавлениеГЛАВА 7. ПРЕЦИЗИОННЫЕ СХЕМЫ И МАЛОШУМЯЩАЯ АППАРАТУРА7.01. Соотношение точности и динамического диапазона 7.02. Бюджет погрешностей схемы 7.03. Пример схемы: прецизионный усилитель с автоматическим выбором нуля 7.04. «Бюджет погрешностей» при проектировании прецизионной схемы 7.05. Погрешности внешних цепей 7.06. Входные погрешности усилителя 7.07. Выходные погрешности усилителя 7.08. Усилители с автоподстройкой нуля (стабилизированные прерыванием) Кое-что еще о схемах с прерыванием ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛИ 7.09. Простой разностный усилитель 7.10. Стандартный измерительный усилитель на трех ОУ ШУМЫ УСИЛИТЕЛЕЙ 7.11. Происхождение и виды шумов 7.12. Отношение сигнал/шум и коэффициент шума 7. 13. Шум тока и напряжения транзисторного усилителя 7.14. Проектирование малошумящих схем на биполярных транзисторах 7.15. Шум ПТ 7.16. Выбор малошумящих транзисторов 7.17. Шум дифференциальных усилителей и усилителей с обратной связью ИЗМЕРЕНИЕ ШУМА И ИСТОЧНИКИ ШУМА 7.18. Измерение без источника шума 7.19. Измерение с источником шума 7.20. Генераторы шумов и сигналов 7.21. Ограничение полосы частот и измерение среднеквадратичного (эффективного) напряжения 7.22. Попурри на тему шумов ПОМЕХИ: ЭКРАНИРОВАНИЕ И ЗАЗЕМЛЕНИЕ 7.23. Помехи 7.24. Сигнальное заземление 7.25. Межприборное заземление СХЕМЫ, НЕ ТРЕБУЮЩИЕ ПОЯСНЕНИЙ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УПРАЖНЕНИЯ ГЛАВА 8. ЦИФРОВЫЕ СХЕМЫ 8.01. Цифровые и аналоговые сигналы 8.02. Логические состояния ЛОГИЧЕСКИЕ УРОВНИ 8.03. Числовые коды 8.04. Вентили и таблицы истинности 8.05. Схемы вентилей на дискретных элементах 8.06. Пример схемы с вентилями 8. 08. Каталог идентичных вентилей 8.09. Принципиальные схемы вентилей на ИМС 8.10. Характеристики ТТЛ и КМОП 8.11. Элементы с тремя состояниями и с открытым коллектором КОМБИНАЦИОННАЯ ЛОГИКА 8.12. Логические тождества 8.13. Минимизация и карты Карно 8.14. Комбинационные функциональные схемы, реализованные на стандартных ИМС 8.15. Реализация произвольных таблиц истины ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНАЯ ЛОГИКА 8.16. Устройства с памятью: триггеры 8.17. Тактируемые триггеры 8.18. Последовательностная логика-объединение памяти и вентилей 8.19. Синхронизатор МОНОСТАБИЛЬНЫЕ МУЛЬТИВИБРАТОРЫ 8.20. Характеристики одновибраторов 8.21. Пример схемы одновибратора 8.22. Предостережения относительно одновибраторов 8.23. Получение выдержки времени с помощью счетчиков ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНЫЕ ФУНКЦИИ, РЕАЛИЗУЕМЫЕ НА СТАНДАРТНЫХ ИМС 8.24. Фиксирующие схемы-защелки и регистры 8.25. Счетчики 8.26. Регистры сдвига 8.27. Последовательностные ПМЛ Возможные применения программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) 8. 28. Разнообразные последовательностные схемы НЕКОТОРЫЕ ТИПОВЫЕ ЦИФРОВЫЕ СХЕМЫ 8.29. Счетчик по модулю n 8.30. Мультиплексируемый цифровой индикатор на светодиодах 8.31. Привод звездного телескопа 8.32. Генератор последовательности из n импульсов ПАТОЛОГИЯ В ЛОГИЧЕСКИХ СХЕМАХ 8.33. Проблемы статических режимов 8.34. Проблемы при переключениях 8.35. Прирожденные недостатки ТТЛ и КМОП СХЕМЫ, НЕ ТРЕБУЮЩИЕ ПОЯСНЕНИЙ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УПРАЖНЕНИЯ ГЛАВА 9. СОПРЯЖЕНИЕ ЦИФРОВЫХ И АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ 9.01. Хронология логических семейств 9.03. Сопряжение логических семейств 9.04. Управление КМОП-и ТТЛ-входами 9.05. Управление цифровой логикой от компараторов и операционных усилителей 9.06. Некоторые замечания, касающиеся логических входов 9.07. Компараторы 9.08. Управление внешней цифровой нагрузкой от КМОП- и ТТЛ-элементов 9.09. Сопряжение n-МОП БИС 9.10. Оптоэлектроника ЦИФРОВЫЕ СИГНАЛЫ И ДЛИННЫЕ ЛИНИИ 9. 11. Внутриплатные соединения 9.12. Межплатные соединения 9.13. Шины данных 9.14. Кабельные связи АНАЛОГО-ЦИФРОВОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ 9.15. Введение в аналого-цифровое преобразование 9.16. Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) 9.17. Интегрирующие ЦАП 9.18. ЦАП с умножением 9.19. Выбор ЦАП 9.20. Аналого-цифровые преобразователи 9.21. Методы уравновешивания заряда 9.22. Некоторые необычные АЦП и ЦАП 9.23. Выбор АЦП ПРИМЕРЫ А/Ц-ПРЕОБРАЗОВАНИЯ 9.24. 16-канальная А/Ц-система сбора данных 9.25. 3 1/2 — знаковый цифровой вольтметр 9.26. Кулонометр СХЕМЫ ФАЗОВОЙ АВТОПОДСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ 9.28. Проектирование ФАПЧ 9.29. Пример разработки: умножитель частоты 9.30. Захват и слежение в системе ФАПЧ 9.31. Некоторые примеры применения систем ФАПЧ ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫЕ ДВОИЧНЫЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ И ГЕНЕРАТОРЫ ШУМА 9.32. Цифровые методы генерации шума 9.33. Последовательности, генерируемые регистрами сдвига с обратными связями 9. 34. Формирование аналогового шума с использованием последовательностей максимальной длины 9.35. Энергетический спектр последовательности, сформированной при помощи регистра сдвига 9.36. Низкочастотная фильтрация 9.37. Краткое заключение 9.38. Цифровые фильтры СХЕМЫ, НЕ ТРЕБУЮЩИЕ ПОЯСНЕНИЙ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УПРАЖНЕНИЯ ГЛАВА 10. МИКРОЭВМ МИНИ-ЭВМ, МИКРОЭВМ И МИКРОПРОЦЕССОРЫ 10.01. Архитектура микроЭВМ НАБОР КОМАНД КОМПЬЮТЕРА 10.02. Язык ассемблера и язык машинных кодов 10.03. Упрощенный набор команд процессора Intel 8086/8 10.04. Программный пример СИГНАЛЫ МАГИСТРАЛИ И ЕЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ 10.05. Основные сигналы магистрали: данные, адрес, синхронизация 10.06. Программируемый ввод-вывод: вывод данных 10.07. Программируемый ввод-вывод: ввод данных 10.08. Программируемый ввод-вывод: регистры состояний 10.09. Прерывания 10.10. Обработка прерываний 10.11. Прерывания в целом 10.12. Прямой доступ в память 10. 13. Сводный перечень сигналов магистрали IBM PC 10.14. Синхронный и асинхронный протоколы магистрали 10.15. Магистрали других микрокомпьютеров 10.16. Подключение к компьютеру периферийных устройств СИСТЕМНЫЕ КОНЦЕПЦИИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ 10.17. Программирование 10.18. Операционные системы, файлы и использование памяти ПРИНЦИПЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ 10.19. Последовательная связь и коды ASCII 10.20. Параллельная связь 10.21. Локальные вычислительные цепи 10.22. Пример интерфейса: аппаратная упаковка данных 10.23. Форматы чисел |
Схемы фазовой автоподстройки частоты (фапч) и их применение.
Схемы ФАПЧ осуществляют автоматическую подстройку частоты входящего в их состав генератора к частоте некоторого входного сигнала таким образом, что входной и выходной сигналы не отличаются по частоте, а отличаются только по начальной фазе. Блок-схема системы ФАПЧ приведена на следующем рисунке
Входной сигнал поступает на вход схемы фазового детектора, опорным сигналом которого является выходной сигнал схемы , где — фазовый сдвиг между входным и выходным сигналами. Фазовый детектор- это устройство, вырабатывающее сигнал, пропорциональный разности фаз входных сигналов. В качестве такого устройства может быть использован аналоговый перемножитель. В этом случае выходной сигнал определяется по формуле , где . Второе слагаемое в этом выражении подавляется фильтром нижних частот (fn), в результате на вход управляемого по частоте генератора, обозначенного (u-f), поступает управляющее напряжение , под действием которого частота управляемого генератора поддерживается равной частоте входного сигнала. При линейной зависимости изменения частоты управляемого генератора от входного управляющего напряжения можно ввести понятие крутизны характеристики преобразования напряжения в частоту . При этом максимально возможный диапазон автоподстройки можно считать равным , что соответствует значениям . Величина называется полосой удержания.
Система ФАПЧ может находиться в различных состояниях. Так, если частоты входного сигнала и управляемого генератора равны и медленное изменение частоты входного сигнала отслеживается управляемым генератором, такой режим называется режимом удержания. Максимально возможный при этом диапазон автоподстройки соответствует полосе удержания. Второе возможное состояние системы ФАПЧ- режим биений— наблюдается в тех случаях, когда начальная расстройка больше полосы удержания. Переходное состояние системы, при котором режим биений переходит с течением времени в режим удержания, называется режимом захвата.
Полосой захвата называется область начальных расстроек, в которой устанавливается режим удержания.
В зависимости от знака мгновенного напряжения биений (колебаний на разностной частоте) разность между частотами входного сигнала и управляемого генератора то повышается, то понижается. Это приводит к неодинаковой длительности положительной и отрицательной полуволн напряжения биений, в результате чего на выходе фазового детектора образуется постоянная составляющая напряжения, выделяемая фильтром нижних частот. Наличие этой постоянной составляющей приводит к изменению средней частоты биений по отношению к начальной расстройке.
Если начальная расстройка лежит внутри полосы захвата, то постоянная составляющая снижает частоту биений до нуля и наступает режим удержания. Если же начальная расстройка превышает полосу захвата, то постоянная составляющая оказывается недостаточной для полной компенсации начальной расстройки и в системе наблюдается устойчивый режим биений. Для математического описания процессов в системе ФАПЧ составим следующее уравнение. Обозначим начальную разность частот управляемого генератора и входного сигнала . После замыкания цепи обратной связи частота управляемого генератора определиться в виде
, тогда , где — операторное выражение для коэффициента передачи фильтра нижних частот. Определив левую часть этого равенства , как производную по времени от мгновенной фазы , используя операторную форму записи производной , получим уравнение , из которого следует, что в замкнутой системе ФАПЧ в любой момент времени алгебраическая сумма мгновенной разности частот и расстройки, вносимой управляемым генератором, равна постоянной величине (начальной расстройке). Рассмотрим особенности решения этого уравнения в предположении, что K(p)=1.
Перейдя к временной форме записи, получим
, откуда , или .
Интегрируя левую и правую части, получим . Интеграл в левой части является табличным, решение полученного уравнения относительно дает следующие формулы:
Часто задаваемые вопросы — Schneider Electric
{"searchBar":{"inputPlaceholder":"Поиск по ключевому слову или задать вопрос","searchBtn":"Поиск","error":"Пожалуйста, введите ключевое слово для поиска"} }
Как сохранить параметры в клавиатуре и загрузить в другой идентичный…
Проблема: Попытка сохранить параметры в клавиатуре и загрузить их в другой идентичный привод ATV630. Линейка продуктов: Приводы ATV630 Среда: Клавиатура Причина: Передача файлов Решение: Перейти к главному…
5.1.1″> Последнее изменение:21.03.2021
Можно ли использовать пускатели GV2, GV3 и GV7 с обратной подачей?
Проблема: обратная подача Линейка продуктов GV2, GV3 и GV7: Пускатели и устройства защиты двигателя Окружающая среда: Ручные пускатели PowerPact™ Решение: Не рекомендуется.
Можно ли смоделировать функциональные блоки PTO в SoMachine Basic?
Проблема: Можно ли смоделировать функциональные блоки PTO в SoMachine Basic? Линейка продуктов: M221, TM221 Решение: Как и в случае с блоками PID, вы не можете имитировать блоки функций PTO в SoMachine Basic. Вы будете…
Как читать значения с плавающей запятой в Modbus
и хочет подтвердить значения, считываемые программным обеспечением, таким как Power Monitoring Expert (PME), с помощью SwappedFloat… Часто задаваемые вопросы о видеоПопулярные видео
Видео: Преобразование проекта ProWORX 32 в Unity Pro
Видео: Как подключить и запрограммировать привод ATV61/71 для 3-проводной…
Видео: Как настроить регистр с помощью ION Setup 3.0
Узнайте больше на Общие знания Часто задаваемые вопросы Общие знания
Проверка сопротивления изоляции и влажность
Проблема: Как влажность влияет на результаты проверки сопротивления изоляции? Линейка продуктов: автоматические выключатели Окружающая среда: выключатели в литом и изолированном корпусах Разрешение: высокая влажность может значительно…
1.1.0″> Опубликовано: 11.07.2018
Почему я теряю лицензию зарегистрированной копии сервера OFS после…
Проблема: потеря лицензии зарегистрированной копии сервера OFS в Windows10, Windows Server 2016 или Windows Server 2019 после обновления до версии сервера OFS 3.63. 08.11.2021
В чем разница между PNP и NPN при описании трехпроводного…
Большинство промышленных бесконтактных датчиков (индуктивные, емкостные, ультразвуковые и фотоэлектрические) являются полупроводниковыми. Термин твердотельный относится к типу компонентов, используемых в датчике. Твердотельный…
Как узнать цену и доступность продукта APC на MySE?
6.2.1″> Как определить цену и наличие на APC mySE? Войдите на сайт APC MySE, введите номер детали, которую вы хотите проверить, и нажмите «Ввод». Результаты ценообразования и доступности будут…
квадрат D 30 AMP автоматический выключатель 240 Vac 3 Pole FAP-32030 (недостаток)
Обзор продукта
квадрат D 30 AMP автоматический выключатель 240 Вак 3 полюса FAP-32030 (Flaw)
квадратный D 30 Amp. (ДЕФЕКТ)
240 В перем. тока
3-ПОЛЮСНЫЙ
FAP-32030
ЕСЛИ ТОВАР ИМЕЕТ БЕСПЛАТНУЮ ДОСТАВКУ, ЭТО ТОЛЬКО В 48 НИЖНИХ КОНТИНЕНТАЛЬНЫХ ШТАТОВ США. ЭТО НЕ ВКЛЮЧАЕТ ГАВАЙИ, АЛЯСКУ, ПУЭРТО-РИКО, ГУАМ ИЛИ ЛЮБЫЕ ДРУГИЕ ОСТРОВНЫЕ ТЕРРИТОРИИ США. В ЛЮБОЕ ИЗ ЭТИХ МЕСТОПОЛОЖЕНИЙ БУДЕТ ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ОПЛАТА ДОСТАВКИ. ПОЖАЛУЙСТА, НАПИШИТЕ НАМ ДЛЯ ИНФОРМАЦИИ О ДОСТАВКЕ В ЭТИ МЕСТА.
ЦЕНЫ НА ДОСТАВКУ EBAY, как правило, ОЧЕНЬ ВЫСОКИЕ. ЕСЛИ ЦЕНА НА ДОСТАВКУ КАЖЕТСЯ ВЫСОКОЙ, ПОЖАЛУЙСТА, НАПИШИТЕ НАМ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ, И МЫ ПРЕДОСТАВИМ ВАМ ТОЧНУЮ ЦЕНУ НА ДОСТАВКУ.
ЕСЛИ ВЫ ПОЛУЧИТЕ СООБЩЕНИЕ ОТ EBAY, В КОТОРОМ УТВЕРЖДАЕТСЯ, ЧТО ВЫ НЕ МОЖЕТЕ ПРИОБРЕСТИ ЭТОТ ТОВАР, ПОТОМУ ЧТО ПРОДАВЕЦ НЕ УКАЗАЛ СТОИМОСТЬ ДОСТАВКИ. ПОЖАЛУЙСТА, СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ, чтобы узнать стоимость доставки, и мы можем отправить вам предложение о покупке товара.
ПОДРОБНОСТИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ТОВАРОВ СМОТРИТЕ НА ФОТОГРАФИЯХ ВЫШЕ
Посетите мой магазин eBay: Electrical Emporium
ВЫ МОЖЕТЕ ЗАБИРАТЬ ТОВАРЫ В НАШЕМ МАГАЗИНЕ ИЛИ ЗАКАЗАТЬ ИХ ДОСТАВКОЙ UPS ИЛИ USPS. СТОИМОСТЬ ДОСТАВКИ РАССЧИТЫВАЕТСЯ ПО ПОЧТОВОМУ ИНДЕКСУ И ВЕСУ. ЧАСЫ РАБОТЫ (ПН–ПТ 7:00–15:00 ПО ВСТРЕЧНОМУ ВРЕМЕНИ, ПТ, 6:00–14:00 ПО ВОСТОЧНОМУ ВРЕМЕНИ) UPS ЗАБИРАЕТ В 12:00 ПОЛДЕНЬ. USPS ЗАБИРАЕТ В 9:00 ПО ВСТРЕЧИ. ЕСЛИ ВАМ НУЖНО СВЯЗАТЬСЯ С НАМИ, ПОСМОТРИТЕ C&G SURPLUS В ИНТЕРНЕТЕ. СПАСИБО, ЧТО ПОМОГАЕТЕ НАМ ОБСЛУЖИВАТЬ ВАС ЛУЧШЕ.
SV-J D-2 JAY
& раз
& раз
& раз
& раз
& раз
& раз
& раз
& раз
& раз
& раз
Купите сейчас и сэкономьте!
Расскажи другу Посетите магазин Смотреть сейчас
Информация о почтовых расходах
Нажмите на вкладку Почтовые расходы над описанием для получения дополнительной информации
Нажмите на вкладку Почтовые расходы над описанием для получения дополнительной информации!
Дополнительные накладные
ВАРИАНТ САМОВЫВОЗА
К сожалению, наши товары НЕ доступны для самовывоза.
ОПЛАТА ЧЕРЕЗ PAYPAL |
Мы принимаем PayPal для всех наших товаров, поэтому вы можете делать покупки с уверенностью.
Просто выберите опцию PayPal при оформлении заказа.