Подключение встроенной техники на кухне своими руками. Подключение бытовой техники

ЛЕКЦИЯ 7

СИНТЕЗАТОРЫ ЧАСТОТЫ В ПЕРЕДАЮЩИХ УСТРОЙСТВАХ

План лекции:

Основные понятия синтеза частот

Параметры систем синтеза частот

Классификация систем синтеза частот

Принципы действия различных типов синтезаторов

1 Основные понятия теории синтеза частот

Для переноса модулированного сигнала на требуемую частот для передачи необходимо сформировать колебание с частотой, лежащей в рабочем диапазоне передатчика.

В передающих устройствах для формирования требуемых частот могут использоваться синтезаторы частот .

Современные системы синтеза частот работают в диапазоне частот от долей герц до десятков гигагерц. Они используются в аппаратуре различного назначения, заменяя в ней простые автогенераторы.

Синтезом частот ‑ называют процесс получения одного или нескольких колебаний с нужными номинальными значениями частоты из конечного числа исходных колебаний путем преобразования частот, т.е. с помощью таких операций над колебаниями, при которых происходит сложение, вычитание частот и (или) умножение и деление их на рациональные числа.

Комплекс устройств, осуществляющих синтез частот, называют системой синтеза частот . Если система синтеза частот выполнена в виде конструктивно самостоятельного устройства, то ее называют синтезатором частот .

2 Параметры систем синтеза частот

Показатели, позволяющие оценить качество формирования выходного колебания (чистоту его спектральной линии, т.е. отличие его от моногармоники). Как техническое устройство любая ССЧ характеризуется рядом эксплуатационно-технических характеристик.

Основными эксплуатационно-техническими характеристиками ССЧ, используемых в возбудителях радиопередатчиков и в качестве гетеродинов радиоприемников, являются:

Совокупность номинальных значений частот, которые могут быть получены на выходе системы синтеза частот и следуют друг за другом через заданный интервал, называют сеткой частот .

Интервал между соседними номинальными значениями частоты, входящими в сетку частот, называют шагом сетки частот . B настоящее время,в радиопередающей и радиоприемной аппаратуре широко используются системы синтеза частот с шагом сетки
Гц, где а ‑ целое положительное или отрицательное число или нуль. Кроме того получили распространение системы с шагом сетки
Гц.

3 Классификация систем синтеза частот

Колебания, являющиеся исходными в процессе синтеза частот, получают от высокостабильных источников, которые называют опорными генераторами (OГ 1 , ΟΓ 2 , ..., ОГ n на рис. 1). Частоты колебаний этих генераторов (f 01 , f 02 , …, f on на рис. В1) называют опорными частотами, точнее, первичными опорными частотами. Современные системы синтеза частот работают, как правило, от одного опорного генератора (рис. B.2). Такие системы называют одноопорными (когерентными) . При двух и более опорных генераторах системы называют многоопорными (некогерентными) .

При этом речь может идти об одном колебании, частота которого способна принимать любое из этих значений (см. рис. B.1a), или нескольких одновременно существующих колебаниях (см. рис. B.1б ). Первый случай встречается в возбудителях радиопередатчиков гетеродинах радиоприемников, второй - в многоканальной аппаратуре с частотным разделением каналов.

Обычно в одноопорных системах синтеза частот сначала устройство, называемое датчиком опорных частот (ДОЧ) или, точнее, датчиком вторичных опорных частот, формирует вспомогательные колебания, частоты которых называют вторичными опорными частотами. Затем устройство, называемое датчиком сетки частот (ДСЧ), вырабатывает из этих вспомогательных колебаний нужные выходные колебания, частоты которых образуют сетку. Некоторые колебания подаются на выход непосредственно от ДОЧ (см. рис. B.2).

Все типы ССЧ делят на два класса:

системы активного синтеза частот;

системы пассивного синтеза частот.

Системами активного синтеза частот или, сокращенно, системами активного синтеза называют системы когерентного синтеза частот, в которых фильтрация колебания синтезируемой частоты осуществляется с помощью активного фильтра в виде фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).

Системами пассивного синтеза частот или, сокращенно, системами пассивного синтеза называют системы когерентного синтеза частот, в которых фильтрация колебания синтезируемой частоты осуществляется без применения ФАПЧ.

Системы того и другого классов могут быть выполнены целиком на аналоговых элементах или с применением цифровой элементной базы.

4 Пример работы синтезаторов на базе аналогового пассивного синтеза частот

Ha рис. 1.4 представлена структурная схема простейшей системы пассивного синтеза, построенной на аналоговой элементной базе. Колебание опорного генератора (ОГ), имеющее частоту f 0 (первичная опорная частота), подается на вход датчика опорных частот. B датчике опорных частот (ДОЧ) с помощью умножителя и делителя частоты вырабатываются два других колебания с частотами
и
(вторичные опорные частоты), которые подаются на входы двух генераторов гармоник (ΓΓ 1 и ΓΓ 2).

Каждый из генераторов гармоник состоит из формирователя импульсов (ФИ 1 и ФИ 2) и перестраиваемого полосового фильтра. Первый преобразует входное квазигармоническое колебание в последовательность очень коротких (по сравнению с периодом этого колебания) импульсов той же частоты (равными соответственно
и
). Спектр этой последовательности содержит множество высших гармоники; фильтр настраивают на нужную из них и выделяют ее. B результате на выходах генераторов гармоник получают квазигармонические колебания с частотами
и
.

Оба эти колебания подают на сумматор частот, состоящий из смесителя (См) и перестраиваемого полосового фильтра. Последний выделяет из спектра выходного продукта смесителя квазигармоническое колебание с нужной частотой

Смеситель обычно реализуется в виде балансного модулятора.

Пример. Пусть
,
, может принимать значения 1, 2, 3, a - значения 20, 21, 22, …, 39, то система имеет диапазон частот с шагом сетки
от

Пассивный цифровой синтез частот

B системах пассивного цифрового синтеза формирование требуемой частоты осуществляются цифровой обработкой сигналов, и только на выходе системы используют аналоговый фильтр.

Структурная схема ССЧ на базе пассивного цифрового синтеза частот представлена на рис. 1.8.

Рис. 1.8. Структурная схема одного из вариантов системы пассивного цифрового синтеза

Опорный генератор формирует высокостабильное колебание с опорной частотой, используемой для получения требуемой частоты на выходе синтезатора. Это опорное колебание преобразуется в последовательность прямоугольных импульсов в формирователе импульсов (ФИ) путем ограничения по уровню сверху и снизу сформированного колебания. На выходе делителя частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД) последовательность импульсов на входе преобразуется в последовательность импульсов, которая следует с частотой, определяемой коэффициентом деления. Коэффициент деления N можно устанавливать равным любому целочисленному значению в пределах от N1 до N2. Его значение определяется счетно-решающим устройством исходя из частоты, установленной на пульте управления частотой. Счетчик на базе триггера формирует цифровые импульсы с требуемой скважностью. Полосовой фильтр (ПФ) восстанавливает из этой последовательности импульсов гармоническое колебание с необходимой частотой.

Рассмотрим пример. Пусть, например, требуется синтезировать сетку частот от 20 до 25 кГц с шагом 1 кГц. При этом частота опорного генератора соответствует 1 МГц.

В этом случае можно использовать коэффициенты деления N=25 (1 000 000/25 = 40 000) и N= 20 (1 000 000/20 = 50 000), при которых будут формироваться частоты 40 кГц и 50 кГц с шагом 2 кГц. В счетчике можно сформировать на базе этих частот поток прямоугольных импульсов со скважностью, равной 2, и частотой, которая может принимать все нужные значения. Наконец, можно с помощью полосового фильтра, имеющего частоты среза 20 кГц (нижнюю) и 30 кГц (верхнюю), выделить нужные колебания, подавив высшие гармоники.

8.4.1. Основные характеристики осциллографов.

1. Полоса пропускания или параметры переходной характерис­ тики (ПХ) Полоса пропускания - это диапазон частот, в котором амплитудно-частотная характеристика имеет спад не более 3 дБ относительно значения на опорной частоте. Опорная частота - частота, на которой спад АЧХ отсутствует. Значение спада АЧХ в децибелах находят из соотношения

(8.19)

где l f оп - размер изображения на опорной частоте: l f изм -размер изображения начастоте,для которой измеряется спадАХЧ.

2. Неравномерностьамплитудно-частотной характеристики.

3. Нелинейность амплитудной характеристики усилителей осциллографа β а . Значение Р а определяют поформуле

(8.20)

где l -наиболее отличающийся от одного деления шкалы экрана размер изображения сигнала в любом месте рабочей части экрана.

4. Качество воспроизведения сигнала в импульсном осциллогра­ фе.

Это качество часто характеризуется параметрами переходной характеристики, к которым относятся: время нарастания переходной характеристики τ н, величина выброса на ПХ, спад вершины изображения импульса.

Время нарастания переходной характеристики τ н определяют как время нарастания изображения импульса, в течение которого происходит отклонение луча от уровня 0,1 до уровня 0,9 амплитуды импульса (рис. 8.14, а).

а)б)

рис. 8.14.

Величину выброса на ПХ δ и измеряют на том же испытательном сигнале, что и время нарастания τ н , и определяют по формуле

,(8.21)

где l в - амплитуда изображения выброса; l и - амплитуда изобра жения импульса.

Определение δ и производят на импульсах положительной и отрицательной полярностей.

Спад вершины изображения (рис.8.14, б) нормируют по относительному спаду вершины импульса, который определяют по формуле

,(8.22)

где l сп - значениевеличиныизображенияспадаимпульса;/ и - значение амплитудыизображенияимпульса.

ЗнаяпараметрыПХ,можноопределитьпараметрыАЧХ, и наоборот.Верхняя граничная частота полосы пропускания

(8.23)

где f в - выражена в мегагерцах; τ н - в наносекундах.

Нижняя граничная частота

(8.24)

где f н - выраженав герцах;τ и - в секундах.

5. Чувствительность (нормальное значение калиброванного коэффициента отклонения). Чувствительность ε определяют как отношение видимого отклонения луча в миллиметрах к значению вызвавшего его входного сигнала в вольтах или милливольтах. Коэффициент отклонения K d - величина, обратная чувствитель­ности.

: (8.25)

где U BX - значениеамплитудывходногосигнала; l -значение изображенияамплитудыэтогосигнала пооси Y .

Нормируемымипараметрамиосциллографаявляютсявсе калиброванныезначениякоэффициентаотклоненияиих погрешности. Погрешность коэффициента отклонения определяют по формуле

(8.26)

где K d 0 - номинальноезначение K d , указанноевтехнической документации на конкретный осциллограф.

6. Параметры входов . Например: вход открытый (закрытый), входное сопротивление 1 МОм + 3%, входная емкость, параллельная входному сопротивлению, не более 35пФ+10%.

7. Погрешностикалибраторовамплитудыикалибраторов временных интервалов.

8. Длительностьразверток. Длительностьразверток - это время прямого хода развертки, за которое луч пробегает всю рабочую часть экрана в горизонтальном направлении. ДлительностьпрямогоходаразверткиТ п задается в виде коэффициентов развертки

,(8.27)

где 1 Т - длина отрезка горизонтальной оси, соответствующая длительности Т п. Коэффициент развертки характеризуется диапа­зоном изменений, основной и дополнительными погрешностями. Погрешность коэффициента развертки

,(8.28)

где К рном - номинальное значение коэффициента развертки.

9. Нелинейность развертки. Значение нелинейности развертки в процентах вычисляют из соотношения

,(8.29)

где /-длительность наиболее отличающегося от 1 см, или одного деления шкалы, временного интервала в любом месте рабочей части развертки в пределах рабочей части экрана.

Кроме указанных характеристик в соответствии со стандар­ тами осциллограф характеризуется следующими параметрами: рабочей частью экрана; минимальной частотой следования раз­вертки; толщиной линий луча электронно-лучевой трубки; допус­ каемым суммарным значением постоянного и переменного напря­жений на входах; максимально допустимым значением амплитуды исследуемого сигнала; минимальным значением и минимальной длительностью исследуемого сигнала, при котором обеспечи­ вается класс точности осциллографа; дрейфом нуля усилителей; запаздыванием начала развертки относительно сигнала синхро­низации (для осциллографов без линии задержки); возможностью синхронизации (внешней, внутренней); разностью фаз между каналами; наводками с канала на канал; конструктивными характеристиками (масса, габариты, питание, климатические усло­ вия и т. д.).

В зависимости от точностных параметров ЭЛО в соответствий с ГОСТ 22737 - 77 «Осциллографы электронно-лучевые» делятся на четыре классаточности.

3.1 Назначение и использование пульта управления частотного преобразователя

На пульте управления преобразователя частоты находятся 2 дисплея индикации (4 разряда, 7 сегментов), кнопки управления, аналоговый потенциометр, индикаторы работы и блочные индикаторы. С помощью кнопок можно устанавливать функциональные параметры, подавать управляющие команды и контролировать работу частотного преобразователя .

Дисплей пульта управления

При настройке (просмотре) функциональных параметров преобразователя на верхнем дисплее пульта управления отображаются коды соответствующих параметров, на нижнем – их значения.

В рабочем режиме преобразователя на обоих экранах индицируются текущие значения величин, которые выбираются с помощью функциональных параметров F 001 и F 002, при возникновении ошибки – код ошибки состояния преобразователя частоты .

Функциональные кнопки

Индикаторы

Просмотр и изменение значений функциональных параметров частотного преобразователя

В частотных преобразователях серии СТА- C 5. CP /СТА- C 3. CS имеется более двухсот функциональных параметров, хранящихся во внутренней памяти, значения которых можно просматривать и изменять, формируя, тем самым, различные режимы работы и общий алгоритм функционирования частотного преобразователя . Значения большинства параметров можно изменять во время работы частотного преобразователя (более подробно см. таблицу функциональных параметров), при этом они автоматически сохраняются при его выключении.

Например, Вам необходимо изменить несущую частоту преобразователя с 3 кГц (заводское значение параметра) до 6 кГц. Тогда необходимо произвести следующие действия:

3.2 Пробный пуск частотного преобразователя

Выбор режима управления частотного преобразователя

В частотных преобразователях серии СТА- C 5. CP /СТА- C 3. CS имеется два основных режима управления частотного преобразователя в рабочем режиме: местный (с пульта управления преобразователя) и дистанционный (с клемм управления преобразователя или по интерфейсу RS -485). Для определения режима управления частотным преобразователем используется функциональный параметр F 003.

Перед пробным пуском

Перед пробным пуском проверьте корректность подключения силовых цепей, прочность фиксации болтов, прокладку проводов, целостность силовых кабелей, нагрузку.

Во время пробного пуска

Во время пробного пуска убедитесь, что двигатель плавно разгоняется и плавно останавливается, вращается в заданном направлении, отсутствуют нетипичные вибрации, нехарактерные звуки, дисплеи отображают точные значения.

Проверка направления вращения двигателя

При подаче электропитания на частотный преобразователь , на верхнем дисплее пульта управления индицируется надпись «С TA », далее на обоих дисплеях отображается значение «0.00» (если данное значение больше, чем 0.00, поверните потенциометр в крайнее левое положение). Блочные индикаторы “Гц” и индикатор работы “М / Д” начинают светиться. Этоговорит о том, что на верхнем дисплеем индицируется опорная частота, на нижнем – выходная.

Нажмите и удерживайте кнопку РЕВЕРС / ШАГ, происходит запуск частотного преобразователя , индикаторы работы “НАПР” и ”ПРЯМ” начинают светиться. На верхнем дисплее пульта управления индицируется значение опорной частоты для шагового режима – 5.00 Гц, на нижнем экране – выходная частота (от0.00 до 5.00 Гц), которая в соответствии со временем разгона в шаговом режиме (функциональный параметр F032) возрастает до 5 Гц (до опорной частоты). Отпустите кнопку РЕВЕРС / ШАГ. Показание на нижнем дисплее пульта управления уменьшается до нуля (двигатель останавливается). Значение на дисплее становится первоначальным.

Если при этом вращение двигателя происходило в направлении, отличном от требуемого, то необходимо изменить значение функционального параметра F046. Изменять порядок подключения фаз в соединении частотного преобразователя и двигателя нет необходимости.

Использование потенциометра пульта управления во время пуска

Подайте электропитание на частотный преобразователь , на обоих дисплеях пульта управления отображается значение «0.00», если данное значение больше, чем 0.00, то обязательно поверните потенциометр пульта управления преобразователя в крайнее левое положение. Блочные индикаторы “Гц” и индикатор работы “М / Д” начинают светиться.

Нажмите кнопку ПУСК, начинает светиться индикатор “НАПР”, а индикатор “ПРЯМ” начинает мигать. Преобразователь работает, вырабатывая выходную частоту, которая меньше минимальной стартовой частоты. Поверните потенциометр по часовой стрелке, выставив тем самым опорную частоту преобразователя. Теперь на верхнем дисплее пульта управления индицируется заданная опорная частота, а на нижнем – выходная частота, увеличивающаяся от 0.00 Гц до значения опорной частоты в соответствии с временем разгона преобразователя (функциональный параметр F 019).

Проверьте также другие рабочие параметры преобразователя, такие, как напряжение, ток, с помощью функциональных кнопок ВВОД / ВД и ОТМЕНА / НД.

При нажатии функциональной кнопки СТОП / СБРОС преобразователь перестает работать, уменьшая выходную частоту от опорной (выходной, если еще не достигнута опорная) до нулевой.

Задание / изменение опорной частоты преобразователя

Допустим, необходимо в местном режиме управления частотного преобразователя при неизменных времени разгона и времени торможения запустить двигатель при опорной частоте питающего напряжения 20 Гц в прямом направлении, затем разогнать его в том же направлении до номинальной скорости при опорной частоте питающего напряжения 50 Гц (режим задания опорной частоты – цифровой с пульта управления преобразователя), после чего осуществить реверс при опорной частоте питающего напряжения 50 Гц и остановить.