Опорная частота. Блок опорной частоты. Векторное управление без обратной связи

Синтезатор предназначен для работы в качестве задающего генератора передатчика для индивидуального радиовещания, и разработан в порядке реализации Рекомендаций круглого стола «Индивидуальное (любительское) радиовещание в России» , прошедшего 18 ноября 2009 года при поддержке Федерального Агентства по печати и массовым коммуникациям.

Часть 1. Параметры, структурная схема и принцип работы.

Часть 2. Элементная база и принципиальная схема.

Часть 3. Конструкция, детали, сборка, регулировка.

Параметры. В диапазонах 200 и 180 метров синтезатор формирует сетку из 40-а радиочастот с шагом 9 кГц, принятом для радиовещания на средних и длинных волнах в соответствии с Международным Регламентом Радиосвязи . Частота (номер канала, кратный 9 КГц) набирается на двух переключателях. Синтезатор выдает половинную частоту с половинной сеткой частот для построения тракта формирования несущей на более низкой частоте, чтобы в предвыходном каскаде передатчика (в удвоителе) перейти на рабочую частоту, а затем подать сигнал на выходной каскад. Такое техническое решение применено для увеличения устойчивости передатчика и упрощения его наладки в любительских условиях.

В диапазоне 200 метров перекрываются частоты: 1449-1620 кГц, в диапазоне 180 метров: 1629-1800 кГц. Стабильность частоты обеспечивается опорным кварцевым генератором на частоту 90 или 180 кГц и при использовании вакуумного резонатора, при комнатной температуре составляет 1,5×10 −6 . С использованием внешнего делителя частоты в синтезаторе можно использовать любые кварцевые резонаторы, которые при делении дают точный номинал частоты 45 кГц. Для подключения внешнего делителя частоты или внешнего опорного генератора на плате синтезатора предусмотрен разрыв цепи сигнала опорной частоты (перемычка П3). Синтезатор выполнен на микросхемах серий ТТЛ. Форма выходного сигнала и его параметры оптимизированы под удобство и простоту построения следующих каскадов АМ радиопередатчика.

Питается синтезатор от нестабилизированного источника с напряжением 15-20 вольт, потребляя ток менее 200 мА. Габаритные размеры 120×104×40 мм.

Поскольку одной из главных целей Индивидуального радиовещания, как любительской деятельности, является увлечение, воспитание и начальное образование будущих специалистов в области радиотехники, радиосвязи и радиовещания, данное описание выполнено с объяснениями теоретических аспектов, и детальным изложением принципов работы устройства. Оно может быть использовано, как одно из пособий при подготовке к квалификационному экзамену по радиотехнике для начинающих и опытных индивидуальных радиовещателей.

Структурная схема (Рис. 1). Синтезатор выполнен на основе фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ) аналогового высокочастотного автогенератора с последующим делением частоты сформированного сигнала до нужного номинала. Для формирования сетки частот используется делитель с переменным коэффициентом деления в цепи обратной связи.

Синтезатор включает в себя три структурных звена:

• канал основного сигнала: Генератор, управляемый напряжением (ГУН), Буферный усилитель — формирователь импульсов (БУФИ), Делитель частоты с N = 10, Распределитель импульсов на две последовательности со скважностью 5 и выходной каскад с ключевыми транзисторами.
• канал опорной частоты: Опорный кварцевый генератор (ОКГ) и Делитель с фиксированным коэффициентом деления (ДФКД), чтобы получить нужный номинал опорной частоты.
• петля обратной связи: Делитель с переменным коэффициентом деления (ДПКД), цифровой Частотно-фазовый детектор (ЧФД), аналоговый Фильтр нижних частот (ФНЧ), аналоговый Интегратор, выполненный на операционном усилителе, сигнал с которого управляет варикапами в ГУН.

Работа структурной схемы. Для синтезатора выбрана частота формирования в пять раз выше выходной частоты. Это сделано для ослабления влияния наводок с выхода передатчика на работу ГУН. При таком соотношении частот также удобно формировать на выходе синтезатора две парафазных последовательности импульсов со скважностью 5 на половинной частоте, путем деления и последующего распределения импульсов. Выходной сигнал синтезатора такой формы выбран для того, чтобы значительно упростить построение следующих каскадов передатчика и сократить их количество. Одновременно с этим, деление частоты после ее формирования, сокращает уровень фазовых шумов синтезатора в коэффициент деления раз, что важно для формирования качественного радиовещательного сигнала.

Канал опорной частоты. Поскольку формирование сетки частот идет на пятикратной частоте, то, опорная частота должна быть также в пять раз выше, чем шаг сетки частот, и составляет 9×5 = 45 кГц. Высокостабильные вакуумные кварцевые резонаторы на столь низкую частоту имеют сравнительно большие габариты и неудобны в эксплуатации. Поэтому в схеме присутствует ДФКД, обеспечивающий применение кварцевого резонатора на вдвое или вчетверо большую частоту: 90 или 180 кГц.

Канал основного сигнала. Генерирует пятикратную частоту (7,25-9,0 МГц), преобразует синусоидальные колебания в импульсы со скважностью , близкой к двум (меандр), делит частоту в 10 раз до получения половинной частоты, распределяет импульсы через один для получения скважности 5 на две парафазных последовательности и обеспечивает два мощных выхода, переключающих токи до 200 мА при напряжении до 30 вольт. Такой уровень выходного сигнала необходим, чтобы коммутировать цепи катодов радиоламп предвыходного каскада передатчика.

Собственно, изюминкой этой схемы является идея формирования на выходе синтезатора двух парафазных последовательностей импульсов половинной частоты со скважностью 5 (Рис. 2).

Счетчик (делитель) на 10 построен из счетчика на 5, работающего в коде 1-2-4 и счетного триггера (счетчик на 2), причем, сначала сигнал подается на вход счетчика на 5. Согласно логике работы такого счетчика на его выходе СТ2 имеется последовательность импульсов, период которых равен пяти периодам входного сигнала, а длительность положительного импульса равна двум периодам. То есть, скважность импульсов равна 2,5. Если такую последовательность «рассчитать на первый-второй» и «первые» и «вторые» импульсы направить каждый на свой выход, то в результате получатся две последовательности импульсов, каждая со скважностью 5.

Рассчитывает импульсы на «первый-второй» счетный триггер (делитель на 2). Далее, на двух логических элементах 2И-НЕ выполнен распределитель импульсов. На первые входа обоих логических элементов поступает последовательность с выхода СТ2, а вторые выходы коммутируются счетным триггером в противофазе. Таким образом с выхода логических элементов мы имеем две последовательности импульсов с выхода СТ2, но разобранные через один. То есть, с частотой в два раза меньшей, чем на выходе СТ2. Однако, что замечательно, — обе выходных последовательности сдвинуты по фазе относительно друг друга ровно на половину периода.

А вот теперь — самое интересное. Зачем все это нужно.

Половинная частота выхода синтезатора (разумеется, и с половинной сеткой номиналов частот) нужна для того, чтобы дальнейший усилительный тракт передатчика не работал бы весь на одной частоте, и его даже в любительских условиях, при непрофессионально выполненном монтаже, можно было бы сделать устойчивым к самовозбуждению. То есть, частота синтезатора в дальнейших каскадах передатчика должна удваиваться. Как правило, удвоение частоты производится в предвыходном каскаде уже при значительной мощности сигнала (единицы ватт) и таким образом тракт усиления сигнала выходной частоты содержит всего один каскад. Обратим внимание, что в аналоговых узлах синтезатора нигде нет каскадов, работающих на выходной частоте и подверженных, таким образом, наводкам мощного сигнала с выхода передатчика.

Скважность последовательности импульсов, равная пяти близка к оптимальной при возбуждении колебательного контура удвоителя частоты прямоугольными импульсами. То есть, в ламповом удвоителе частоты, при подаче импульса тока, равного по длительности 1/5 части периода резонансной частоты, в его контуре после каждого импульса будут возникать два периода автоколебаний. Теперь вспомним, что у нас имеются две последовательности таких импульсов, сдвинутых по фазе относительно друг друга на половину периода. Иными словами, у нас есть возможность с помощью второго источника тока (второй лампы) подпитать контур удвоителя во время второго периода автоколебаний, сделав, таким образом, двухпериодный удвоитель частоты.

Достоинства такой схемы: отсутствие в спектре выходного сигнала половинной частоты и в два раза большая мощность. Эти достоинства позволяют полностью изъять из передатчика тракт усиления на половинной частоте, подключив вход удвоителя (катоды ламп) непосредственно к выходу транзисторных ключей синтезатора (Рис. 3). Это также дает возможность сократить число резонансных колебательных систем в передатчике до одной (в выходном каскаде) при высокой степени чистоты спектра сигнала на выходе передатчика. Применение этого синтезатора позволяет собрать простой, двухламповый, АМ радиопередатчик вполне доступный радиолюбителям и индивидуальным вещателям среднего уровня квалификации.

Мощность транзисторных ключей синтезатора выбрана достаточной для управления по цепи катода такими радиолампами, как 6Ж4, 6Ж4П, 6Ж5П, 6Ж11П, 6П15П, 6П9, 6П37Н или иными ВЧ пентодами, имеющими отдельный вывод защитной сетки, или тетродами; импульс тока катода которых не превышает 300 миллиампер и напряжение запирания лампы не более минус 30 вольт. Для использования в этой схеме непригодны радиолампы, в которых защитная сетка соединена с катодом внутри баллона, а также почти все лучевые тетроды, у которых лучеобразующие пластины также соединены с катодом.

Петля обратной связи. Обеспечивает привязку частоты выходного сигнала синтезатора к опорной частоте с точностью до фазы. Текущий коэффициент пересчета ДПКД определяется соотношением номинала выходной частоты и шагом сетки частот. Число значений ПКД определяется диапазоном перестройки синтезатора, то есть, числом рабочих частот. В нашем случае ПКД изменяется от 160 до 199 плюс 1 на такт загрузки кода КД. Набор частоты в этом случае можно выполнить на двух переключателях: на десять положений — «единицы» и на 4 положения — «десятки». Для синтезатора радиовещательного передатчика, где нужно встать на выбранную частоту и далее не сдвигаться с нее в течение нескольких часов ведения радиопередачи, необходимо обеспечить жесткую фиксацию номинала частоты, поэтому регуляторы с плавной перестройкой здесь нежелательны. В данном синтезаторе фиксация выбранной рабочей частоты достигается набором коэффициента деления с помощью механических переключателей.

Принцип работы ДПКД основан на использовании вычитающих счетчиков с возможностью параллельной записи в них, как в регистр, начального числа. То есть, во время начального такта в счетчик записывается число (требуемый КД) после чего с каждым тактом счета (с каждым входным импульсом) идет вычитание по единичке. Когда текущее число достигает нуля, ДПКД дает команду на новую параллельную запись в счетчик числа, набранного на переключателях. Такт загрузки начального числа добавляет к общему коэффициенту пересчета единичку. Поэтому коэффициент деления получается на единичку больше, чем реально набранное на переключателях число. Для нашего случая это даже удобно.

Теперь посмотрим, как все это работает (Рис. 4). Из предварительно записанного в счетчики числа текущего значения КД (на схеме, на переключателях П1 и П2-3 показано значение 72; добавляем 100 — старший разряд синтезатора, и вычитаем единицу, получаем КД = 171) с каждым приходящим входным импульсом происходит вычитание по единичке. Когда текущее значение числа достигнет 100 (верхняя временная диаграмма на Рис. 4) и во второй половине такта входной сигнал (А) установится в значение логического нуля, на выходе P 0 сначала счетчика единиц (В), а затем и счетчика десятков (E) сформируется нулевой импульс. Эти импульсы запаздывают друг относительно друга и от входного импульса на величину задержки формирования сигнала переноса счетчиками (временной масштаб для микросхем 533/555 серий указан на временных диаграммах). Положительным фронтом окончания каждый импульс (А и В) завершит последующий (счетчики включены последовательно), а импульс с выхода переноса десятков (E) установит старший разряд счетчика «сотни», имеющий всего два значения и поэтому выполненный в виде триггера, в положение 0. Соответственно, на его инверсном выходе (F) установится единица. Поскольку на входе S триггера загрузки присутствует логический ноль (F), устанавливающий его в единицу, то он не реагирует на сигналы (В и Е) по входам D и С. Далее оба счетчика продолжают вычитать до значения 0. Во второй половине нулевого такта (нижняя временная диаграмма на Рис. 4) будут опять сформированы два импульса переноса, но в этот раз триггеру загрузки единичным уровнем сигнала F на его входе S будет разрешено работать по входам D и C, и он запишет в себя нулевой уровень (Е) по входу D. На выходе триггера загрузки (H) появится нулевой потенциал, который по входам параллельной загрузки C запишет в счетчики число, набранное на переключателях, и по входу S установит триггер сотен в значение 1. Это вызовет появление логического нуля на его инверсном выходе (F), который установит триггер загрузки в положение 1 (H), зафиксировав этим введенные в счетчики начальные значения ПКД с переключателей, и запретит триггеру загрузки реагировать на сигналы по входам D и С.

Далее счетчик снова начнет с каждым пришедшим входным импульсом вычитать из занесенного в него числа по единичке. И так будет продолжаться все время, пока работает синтезатор. При изменении положения переключателей П1 или П2-3, со следующего периода работы счетчика изменится записываемое в него число и поменяется коэффициент деления.

Если вместо триггера сотен в эту же схему установить третий десятичный счетчик, то можно будет на этом же принципе реализовать ДПКД с коэффициентом деления от 1 до 999. Или, для ограничения нужного диапазона КД, использовать в старшем разряде неполный шифратор.

Показанные на схеме Шифраторы представляют собой комбинационные логические схемы, преобразующие 10-и позиционный код (с переключателей П1 и П2-3) в четырехразрядный двоично-десятичный код числа, который будет записываться в регистры счетчиков ДПКД (Рис. 5).

Поскольку в данной схеме синтезатора достаточно 40-а значений кода числа КД (от 160 до 199), то шифратор десятков выполнен неполным, и преобразует в код лишь 4 положения переключателя: числа 6, 7, 8, 9. При проектировании других синтезаторов использование полного шифратора десятков позволит увеличить число кодируемых чисел до 100: от 100 до 199.

Частотно фазовый детектор сравнивает частоту (F1) и фазу последовательности импульсов с выхода ДПКД (частота ГУН, поделенная в ПКД раз) с частотой (F2) и фазой опорного сигнала.

При этом на двух его выходах формируется сигнал, имеющий в своем составе «знак частоты» (больше-меньше), а также две последовательности импульсов в которых скважность пропорциональна разбалансу фаз входных сигналов. Принцип работы схемы заключается в запоминании, с какого входа раньше пришел импульс. В исходном состоянии оба D-триггера взведены в логическую единицу. Поскольку оба их D входа соединены с потенциалом нуля (общий провод), то первый же приходящий импульс сбрасывает один из триггеров в ноль. Импульс, пришедший на вход C другого триггера, также сбросит его в ноль, но при этом на входе логического элемента 2И-НЕ окажутся две единицы с инверсных выходов триггеров и на выходе будет сформирован потенциал логического нуля, который асинхронно взведет оба триггера в исходное состояние логической единицы. Подробно работа схемы показана на временных диаграммах (Рис. 6) на которых приведены оба случая работы схемы при разных соотношениях входных частот. Из диаграмм видно, что информация о разности фаз сигналов содержится в ширине выходных импульсов, а знак частоты соответствует появлению ШИМ последовательности на том выходе детектора, на какой из его триггеров подается сигнал более высокой частоты. На втором выходе при этом будет потенциал логической единицы, прорезанный последовательностью коротких импульсов меньшей частоты.

Фильтр нижних частот обеспечивает устойчивость петли обратной связи, а также преобразует последовательность импульсов с изменяющейся скважностью в постоянное напряжение.

Интегратор «отрабатывает» знак частоты накоплением потенциала на интегрирующей емкости, чем обеспечивается перестройка частоты ГУН. После сравнивания номиналов опорной и поделенной частот, поддерживает нулевое положение фазы сигнала ГУН относительно опорного сигнала. Благодаря наличию интегратора в петле обратной связи ФАПЧ обеспечивается нулевая фазовая ошибка автоподстройки в установившемся режиме. Благодаря тому, что ЧФД выдает знак частоты, а интегратор его накапливает и перестраивает частоту ГУН до совпадения фаз, полоса захвата такой системы ФАПЧ равна диапазону перестройки ГУН. То есть, примененная в синтезаторе петля обратной связи не требует контроля захвата слежения. Единожды будучи отрегулированной при изготовлении синтезатора, она далее автоматически поддерживает свою работоспособность.

1 Радиовещательный позывной, зарегистрированный, как название средства массовой информации: Радиопрограмма «Зеленый глаз». Свидетельство о регистрации СМИ: Эл № ФС77-37059 от 6 августа 2009 г.

3 Русское издание (ITU) Регламента Радиосвязи 2004 года. Выложено

4 Скважность — отношение периода следования импульсов к их длительности. Если Q = 5, то импульс короче периода в 5 раз. При длительности импульса равной половине периода (скважность — 2), их последовательность называется меандр.

В настоящее время при разработке радиоэлектронной аппаратуры уделяется огромное внимание стабильности ее характеристик. Средства подвижной радиосвязи, в том числе сотовой связи не являются исключением. Основным условием достижения стабильных характеристик узлов радиоэлектронной аппаратуры является стабильность частоты задающего генератора.

В составе любой радиоэлектронной аппаратуры, в том числе приемников, передатчиков, микроконтроллеров обычно присутствует большое количество генераторов. Первоначально приходилось применять усилия для обеспечения стабильности частоты всех генераторов. С развитием цифровой техники люди научились формировать колебание любой частоты из одной исходной частоты. В результате появилась возможность выделить дополнительные средства для повышения стабильности частоты ОДНОГО генератора и тем самым получить целый ряд частот с очень высокой стабильностью. Такой генератор частот получил название опорный генератор

Первоначально для получения стабильных колебаний LC генераторов применялись особые конструктивные методы:

• Изменение индуктивности за счет расширения металла проволоки компенсировали выбором материала сердечника, влияние которого было обратным по отношению к влиянию проводников индуктивности;
• осуществляли вжигание металла в керамический сердечник с малым температурным коэффициентом расширения;
• в контур включались конденсаторы с различным температурным коэффициентом емкости (ТКЕ).

Таким образом удавалось достигнуть стабильности частоты опорного генератора 10 -4 (на частоте 10 МГц уход частоты составлял 1 кГц)

Одновременно велись работы по применению совершенно других методов получения стабильных колебаний. Были разработаны струнные, камертонные, магнитострикционные генераторы. Их стабильность достигала весьма высоких значений, но при этом габариты, сложность и цена препятствовали их широкому распространению. Революционным прорывом оказалась разработка генераторов с применением . Одна из наиболее распространенных схем кварцевых генераторов, выполненная на биполярном транзисторе, приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема кварцевого генератора на биполярном транзисторе

В этой схеме опорного генератора баланс амплитуд обеспечивается транзистором VT1 а баланс фаз — контуром Z1, C1, C2. Генератор собран по стандартной . Отличием является то, что вместо катушки индуктивности применяется кварцевый резонатор Z1. Следует заметить, что в данной схеме не обязательно для обеспечения стабильной работы схемы применять . Часто оказывается вполне достаточно и . Подобная схема приведена на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема кварцевого генератора с коллекторной стабилизацией режима

Схемы кварцевых генераторов, приведенных на рисунках 1 и 2, позволяют получить стабильность частоты опорного колебания порядка 10 -5 На кратковременную стабильность колебаний опорного генератора наибольшее влияние оказывает нагрузка. При присутствии на выходе опорного генератора посторонних колебаний возможен захват его колебаний. В результате кварцевый генератор будет производить колебания с частотой помех. Для того, чтобы это явление не проявлялось в опорном генераторе на его выходе обычно ставят усилитель, основное назначение которого не пропустить внешние колебания в кварцевый генератор. Подобная схема приведена на рисунке 3.

Рисунок 3. Схема кварцевого генератора с развязкой частотозадающих цепей от выхода схемы

Не менее важным параметром, во многом определяющим фазовые шумы генератора (для цифровых схем — джиттер сигнала синхронизации), является напряжение питания, поэтому опорные кварцевые генераторы обычно запитывают от высокостабильного малошумящего источника напряжения и осуществляют фильтрацию питания RC или LC цепочками.

Наибольший вклад в нестабильность частоты кварцевого генератора вносит температурная зависимость резонансной частоты кварцевого резонатора. При изготовлении резонаторов кварцевых опорных генераторов обычно применяются AT-срезы, обеспечивающие наилучшую стабильность частоты в зависимости от температуры. Она составляет 1*10 -5 (10 миллионнных или 10 ppm). Пример зависимости частоты кварцевых резонаторов с AT-срезом от температуры при различных углах среза (шаг изменения угла среза 10") приведен на рисунке 4.

Рисунок 4. Зависимость частоты кварцевых резонаторов с AT-срезом от температуры

Нестабильности частоты 1*10 -5 достаточно для большинства радиоэлектронных устройств, поэтому кварцевые генераторы без специальных мер по повышению стабильности частоты применяются очень широко. Опорные генераторы с кварцевой стабилизацией без дополнительных мер по стабилизации частоты называются XO.

Как это видно из рисунка 4, зависимость частоты настройки кварцевого резонатора с AT-срезом от температуры хорошо известна. Более того, эту зависимость можно снять экспериментально для каждого конкретного экземплята кварцевого резонатора. Поэтому, если постоянно измерять температуру кварцевого кристалла (или температуру внутри кварцевого опорного генератора), то частоту генерации опорного генератора можно сместить к номинальному значению увеличивая или уменьшая дополнительную емкость, подключенную к кварцевому резонатору.

В зависимости от схемы управления частотой такие опорные генераторы называются TCXO (кварцевые генераторы с термокомпенсацией) либо MCXO (кварцевые генераторы с микроконтроллерным управлением). Стабильность частоты таких кварцевых опорных генераторов может достигать 0.5*10 -6 (0.5 миллионных или 0.5 ppm)

В ряде случаев в опорных генераторах предусмотрена возможность подстройки номинальной частоты генерации в небольших пределах. Подстройка частоты осуществляется напряжением, подаваемым на варикап, подключенный к кварцевому резонатору. Диапазон подстройки частоты генератора не превышает долей процента. Такой генератор называется VCXO. Часть схемы опорного генератора (без схемы термокомпенсации) приведена на рисунке 5.

Рисунок 5. Кварцевый генератор с подстройкой частоты внешним напряжением (VCXO)

В настоящее время многие фирмы выпускают опорные генераторы со стабильностью частоты до 0,5*10 -6 в малогабаритных корпусах. Пример чертежа подобного опорного генератора приведен на рисунке 6.

Рисунок 6. Внешний вид опорного кварцевого генератора с температурной компенсацией

Литература:

Вместе со статьей "Опорные генераторы" читают:

http://сайт/WLL/KvGen.php

http://сайт/WLL/synt.php

О.Стариков

Рассмотрев в предыдущей статье базовую схему ФАПЧ и принцип ее функционирования, теперь приступим к рассмотрению базовой схемы классического ФАПЧ синтезатора частоты, которая представлена на рис. 1.

Рисунок 1. Структурная схема однопетлевого ФАПЧ синтезатора частоты

• RD (Reference Divider) - опорный делитель;
• PD (Phase Detector) - фазовый детектор;
• LPF (Low Pass Filter) - фильтр нижних частот;
• VCO (Voltage-Controlled Oscillator) - генератор управляемый напряжением;
• DFFD (Divider with a float factor of division) - делитель с переменным коэффициентом деления;
• PR (Prescaler) - предварительный делитель частоты;
• SC (Swallowing Counter) - поглощающий счетчик;
• Fref - опорная частота;
• Fout - выходная частота;
• R - коэффициент деления опорного делителя;
• fo - опорная частота после деления;
• f1 - частота после деления в DFFD, (частота сравнения);
• NDFFD - коэффициент деления DFFD (целое число без остатка);
• Ksc - коэффициент деления поглощающего счетчика;
• P/P+n - коэффициент деления прескалера (10/11, 20/22, 30/33, 40/44).

Ниже приведены выражения показывающие связь между опорной частотой, коэффициентами деления счетчиков и выходной частотой.

Шаг сетки частот dF на выходе синтезатора можно рассчитать по формуле:

Отсюда опорная частота после деления в опорном делителе должна быть:

Выражение для определения выходной (синтезируемой) частоты будет иметь вид:

Fout = fo P NDFFD + fo n Ksc

Шаг частоты на единицу кода NDFFD расчитывается, как:

Коэффициент деления NDFFD (целое число без остатка) расчитывается по формуле:

NDFFD = Fout / (fo P)

Коэффициент деления поглощающего счетчика (т.е остаток от деления при вычислениии кода NDFFD, деленный на минимальный шаг сетки частот) расчитывается, как:

Ksc = (Fout / (fo P) - NDFFD) / (n fo)

Так, как в качестве делителя PR используется прескалер с коэффициентами P/P+n, то при вычислении шага сетки частот dF можно заметить, что при использовании коэффициентов деления 20/22 и выше, значение шага сетки частот отличается от опорной частоты на значение nfo, а значение шага частоты на единицу кода NDFFD равно: dFDFFD = fo P или dFDFFD = (dF / n) P , т.к. fo = dF / n, но так, как отношение P/n равно 10 (10/1, 20/2, 30/3, 40/4) получается, что: dFDFFD = 10 dF.

Т.е по сути мы имеем кольцевой делитель по модулю 10. С учетом вышесказанного и анализируя выражения (10) - (14) предыдущей статьи данного цикла, получим еще две формулы, которые отображают весь процесс синтезирования для данной базовой схемы.

Изменение коэффициентов деления DFFD происходит, согласно выражению: (NDFFD (P/n)),т.е всякий раз с каждым новым шагом настройки, на единицу изменяется все выражение в скобках, т.к мы имеем дело с кольцевым делителем. По другому можно записать: (NDFFD x 10) + 1.

Рассмотрим теперь компоненты, на основе которых строится ФАПЧ синтезатор. Одним, из важных узлов, является фазовый детектор, который может быть линейным и выполнен как "четырехквадратный умножитель", или цифровым, выполненный на элементе "Исключающее -ИЛИ". Такой детектор работает с аналоговыми сигналами или с сигналами прямоугольной формы со скважностью 50%. Если на вход такого детектора подать прямоугольные импульсы, то зависимость его выходного напряжения от фазовой разности (при использовании фильтра нижних частот) будет иметь вид показанный на рис. 2.

Рисунок 2. Зависимость выходного напряжения от фазовой разности для детектора, выполненного на элементе "Исключающее - ИЛИ"

Детекторы вышеуказанного типа, обладают высокой линейностью и применяются в основном для синхронного детектирования сигналов. Для частотного синтеза сигналов детекторы этого типа мало подходят по причине повышенной остаточной пульсации, даже когда оба сигнала равны по фазе. Это вызывает периодические фазовые изменения, так называемую фазовую модуляцию, и повышенный уровень шума на выходе системы.

Существуют также другой тип детектора, который работает по фронтам прямоугольных импульсов, и обладает чувствительностью только относительно расположения фронтов опорного сигнала и сигнала VCO. Детектор этого типа генерирует выходные импульсы только тогда, когда появляется фазовая разность между опорным сигналом и сигналом VCO. Эти импульсы по ширине равны промежутку времени между соответствующими фронтами двух входных сигналов, и называются как, импульсы "опережения" или "отставания" во время действия которых, схема источника тока либо "отводит", либо "отдает" ток. Во время же отсутствия этих импульсов, выход фазового детектора находится в разомкнутом состоянии. На рис. 3. показана зависимость выходного напряжения от фазовой разности для такого детектора.

Рисунок 3. Зависимость выходного напряжения от фазовой разности для детектора, работающего по фронтам прямоугольных импульсов

Конденсатор фильтра нижних частот является элементом запоминания напряжения, которое поддерживает требуемую частоту настройки VCO. Об этом свойстве "памяти" мы говорили в первой части цикла, когда рассматривали контуры регулирования "первого" и "второго" порядка.

Т.е, при фазовой разности, фазовый детектор данного типа, генерирует последовательность импульсов, которые с выхода источника тока в виде управляющего напряжения соответствующей полярности, заряжают или разряжают конденсатор фильтра до напряжения синхронизма VCO и системы в целом. Поскольку, во время отсутствия импульсов рассогласования выход фазового детектора является разомкнутым (на практике все же возможен эффект дрейфа VCO или холостого хода), то и отсутствуют остаточные пульсации и фазовая модуляция, а соответственно уменьшается суммарный уровень шума системы.

На рис. 4 приведена принципиальная схема детектора, работающего по фронтам прямоугольных импульсов, выполненного на триггерах D - типа.

Рисунок 4. Схема фазового детектора, состоящая из двух триггеров D - типа.

В этом устройстве, D - триггер запускается по положительным фронтам входных прямоугольных импульсов, и имеет следующие выходные состояния:

• 11 - оба выхода имеют высокое состояние, и подключены через схему AND (U3) назад ко входам CLR обоих триггеров.
• 00 - при таком состоянии выходов Q1 и Q2 оба транзистора P1 и N1 закрыты, и выход OUT имеет по существу высокий импенданс, т.е. разомкнутое состояние.
• 10 - при таком состоянии выходов, транзистор P1 открыт, а N1 закрыт и на выходе присутствует положительный потенциал источника питания.
• 01 - в этом случае транзистор P1 закрыт, а N1 открыт и на выходе присутствует отрицательный потенциал источника питания.

Элемент задержки DELAY включенный между выходом элемента U3 и входами CLR триггеров препятствует дрейфу VCO и способствует более четкому вхождению системы в синхронизм.

Так, в момент времени, когда оба сигнала на входах +IN и -IN стремятся стать равными, процесс изменения выходной частоты VCO замедляется, в результате чего на выходе источника тока появляется некоторая ненулевая компонента сигнала, так называемые "ни положительные - ни отрицательные" импульсы тока. Появление таких импульсов вызвало бы существенный дрейф VCO, в результате которого, снова появились бы или положительные или отрицательные импульсы рассогласования, и процесс снова бы повторился. Этот эффект циклической работы, вызвал бы появление на выходе источника тока модулированного сигнала, который являлся бы субгармоникой входной опорной частоты фазового детектора. Такой сигнал привел бы к очень существенным наводкам в выходном спектре VCO. Этот циклической эффект называют еще эффектом холостого хода, или люфта. С элементом задержки, даже когда оба входные сигналы равны по фазе, источником тока все еще будут генерироваться импульсы, которые не дадут VCO дрейфовать, и введут систему в синхронизм.

Кстати, необходимо заметить, что когда рассогласование на входах +IN и -IN существенное, то здесь, наоборот происходит быстрое изменение выходной частоты VCO. Сигнал рассогласования, поэтому является асиметричным и меняется более медленно в той части цикла, где сигналы на входах +IN и -IN стремятся сравняться, и наоборот.

Последние замечания относительно элемента задержки и дрейфа VCO как раз объясняют то, что теоретически, казалось бы при равенстве входных сигналов, выход фазового детектора должен быть разомкнут, а практически возникает несколько другая неприятная ситуация, вызывающая этот самый дрейф. В зарубежной литературе, импульс формируемый элементом задержки DELAY называют антилюфтовым широким импульсом (anti - backlash pulse width).

Типовой расчет фильтра нижних частот и расчет общего коэффициента передачи контура приведен в . Также на сайте www.analog.com представлена программа расчета фильтра нижних частот "Loop Filter Design".

Опорный делитель RD, имеет, как правило, набор фиксированных коэффициентов деления задаваемых программно, которые определяют значение опорной частоты. Значение опорной частоты, находится обычно в диапазоне от нескольких десятков до сотен килогерц. В качестве базового источника опорной частоты используют или кварцевый резонатор на несколько мегагерц (десятков мегагерц), или термостатированный генератор. Необходимо заметить, что стабильность частоты кварцевого резонатора или термостатированного генератора в большой степени (если не в основной), определяет стабильность всей системы в целом, т.к. опорная частота fo, по сути является эталонной. Создание высокостабильных термостатированных источников частоты является достатотчно ответственным делом, и требует отдельного разговора. Делитель с переменным коэффициентом деления DFFD также является программируемым, который задает отношение между входной и выходной частотами. Реализация такого делителя производится на основе счетчиков с разрядностью, определяемой максимальным коэффициентом деления. По сути, изменением коэффициента деления этого делителя мы изменяем значение выходной частоты.

Прескалер PR - это предварительный делитель частоты, который имеет двойной коэффициент деления. Эта структура возникла как решение проблемы, связанной с использованием достаточно высоких частот (от сотен МГц до нескольких ГГц) на выходе VCO.

Если такую частоту непосредственно подавать на вход делителя с переменным коэффициентом деления, то при опорной частоте равной 10 кГц и частоте VCO, скажем 1 ГГц, потребуется коэффициент деления порядка 100000, что в свою очередь потребует применения в качестве делителя с переменным коэффициентом деления по крайней мере 17- разрядного счетчика, который в добавок ко всему должен быть способен работать на данной входной частоте. Чтобы получать на выходе VCO такие достаточно высокие частоты и функционировать в этом диапазоне, перед делителем с переменным коэффициентом деления включают прескалер, который понижает выходную частоту до диапазона, в котором функционирует стандартная КМОП логика. Однако, при использовании двух модульного прескалера типа P/P+n в синтезаторе, выполненном согласно структурной схемы на рис. 1, падает разрешающая способность системы (увеличивается шаг сетки частот), т.к. dF = fo n.

Если бы, в качестве предварительного делителя использовался простой прескалер с коэффициентом деления P, то dF было бы равно fo, а выходная частота опредялалась бы как:

Fout = fo P NDFFD + fo Ksc

На практике отношения значений Fout, fo, NDFFD и P стараются выбирать такими, чтобы значение поглощающего счетчика было равно нулю (тогда его можно в принципе исключить из схемы) и выходная частота для схемы простого прескалера будет определяться, как:

Fout = fo P NDFFD

Структурная схема синтезатора изображенная на рис. 5, позволяет поддерживать выходную разрешающую способность системы, как fo, при использовании двух модульного прескалера, c коэффициентами деления P/P+1.

Рисунок 5. Структурная схема синтезатора частоты на базе двух модульного прескалера с поддержкой разрешающей способности системы

Однако, здесь необходимо учитывать следующее:

1. Выходные сигналы обоих счетчиков находятся в высоком состоянии, если они (счетчики) "не определены", т.е. не подключены, и находятся в режиме ожидания. Подключение счетчиков происходит при определенной выходной частоте прескалера. (Об этом, будет рассказано в следующих статьях цикла, когда будет рассматриваться конкретная компонентная реализация).
2. Когда счетчик B подключен, его выход принимает низкое состояние, и разрешается загрузка обоих счетчиков новыми значениями.
3. Значение, загружаемое в счетчик B, должно быть всегда больше значения загружаемого в счетчик A.

Предположим, что счетчик В только что подключился, и в оба счетчика загружены новые значения А и В. Это позволяет найти количество циклов VCO, необходимых для того, чтобы привести его снова в состояние стабильности. Пока счетчик А не подключен, прескалер делит (уменьшает) частоту на P+1. Так, оба счетчика будут вести счет, уменьшая значения на 1, и каждый раз прескалер будет считать (P+1) циклов VCO. Таким образом, счетчик A будет подключен после ((P+1) x A) циклов VCO. В этот момент прескалер подключается к делителю P. Также, можно сказать, что в это время счетчик B все еще имеет (B - A) циклов перед тем, как переключиться в режим ожидания. Это будет до тех пор, пока получим состояние ((B - A) x P). Система теперь стремится назад к начальному условию, из которого мы ее запустили. Общее количество циклов VCO, необходимых для того, чтобы это случилось.

N = (A x (P +1)) + ((B - A) x P) = AP + A +BP - AP = A +BP

При использовании двух модульного прескалера необходимо учитывать самые низкие и самые высокие значения N. Эти значения должны быть такими, чтобы получить действительный диапазон, позволяющий изменять N с дискретным целым шагом.

Полагают, что выражение N = A + BP, гарантирующее непрерывное разнесение целого числа для N, должно быть в диапазоне от 0 до (P -1). Тогда, каждый раз увеличивая В, имеется достаточно разрешающей способности, чтобы заполнить все значения целого числа между ВР и (В+1) x Р. Как было уже отмечено выше, для функционирования двух модульного прескалера, значение В должно быть больше (или равно) А. Минимальное значение для N, имеющее способность к приращению в дискретных целых шагах, может быть получено как:

Nmin = (Bmin x P) +Amin = ((P - 1)) x P) + 0 = P? - P

а максимальное как:

Nmax = (Bmax x P) +Amax

В этом случае значения Amax и Bmax определяются разрядностью счетчиков A и B.

Следующим, достаточно важным узлом, является генератор управляемый напряжением - VCO. Развитию этой темы можно было бы посвятить не одну публикацию, т.к. это достаточно важное устройство, которое должно обеспечивать высокие характеристики по стабильности частоты, шумовым параметрам, не подвергаться самовозбуждению и генерировать спектрально чистый сигнал во всем частотном диапазоне. Проектирование и конструирование генераторов управляемых напряжением (как в прочем и других узлов ВЧ и СВЧ техники) требует хороших знаний и наличие практического опыта в высокочастотной схемотехнике. К счастью, в настоящее время существуют законченные модули VCO, которые обеспечивают хорошие характеристики для всевозможных применений. Такими примерами могут служить VCO 190-902T компании Vari - L (www.vari-L.com ), MC1648 компании MOTOROLA (motorola.com ), MQE520 - 1800 Murata, а также VCO таких производителей, как, Alps, Mini-Circuits, Z-Comm, Micronetics. Все вышеперечисленные элементы, входящие в состав ФАПЧ синтезаторов частот как правило выполняются в едином конструктивном исполнении (за исключением фильтра нижних частот и VCO) и представляют собой самостоятельный узел выполненный в виде интегральной схемы. Здесь необходимо однако оговориться по поводу отдельной реализации VCO, т.к. уже существуют однокристальные устройства реализующие в себе полный синтезатор с VCO и ряд дополнительных блоков. О таких устройствах для СВЧ применений говорилось уже на страницах журнала CHIP NEWS, в частности в №4 за 2001 год стр. 30 - 31, 48 - 49.

В заключении этой статьи хотелось бы уделить внимание важной для ФАПЧ систем теме - фазовому шуму. Существует так называемая, долгосрочная и краткосрочная стабильность частоты системы ФАПЧ и синтезаторов. Если долгосрочная характеризует стабильность частоты в течении длительного периода времени (часы, дни, недели), то краткосрочная стабильность характеризует изменения происходящие в течении секунд или долей секунд. Эти краткосрочные изменения могут быть случайными или периодическими, и представляют собой спектр со случайными и дискретными частотными составляющими, которые порождают широкие всплески и побочные пики в спектре выходного сигнала. Дискретные побочные составляющие вызваны тактовой частотой опорного источника сигнала, интерференцией линии питания и продуктами преобразования. Расширение, вызванное флуктуацией случайных помех называется фазовым шумом, и может являться следствием теплового, дробового и фликкер шума в активных и пассивных компонентах. К выходному сигналу VCO добавляется сигнал ошибки, значение которой определяется как средне - квадратичное значение фазовой флуктуации (погрешности фазы или колебания) и может быть выражено в пикосекундах или в градусах среднеквадратичного значения. Важно заметить, что полный выходной шум зависит от шума, вносимого каждым элементом схемы, т.е. от шума фазового детектора, источника тока, делителей, VCO, и может быть рассчитан, как шум подаваемый назад на вход фазового детектора. Чтобы определить полный шум на выходе системы, необходимо все составляющие представить в среднеквадратичном значении.

S2 = X2 + Y2 + Z2

где, S2 - полная мощность фазового шума на выходе системы;

X2 - мощность шума опорного делителя и делителей цепи обратной связи, подаваемая на входы фазового детектора;

Y2- мощность шума на выходе источника тока, обусловленная шумами от вышеперечисле - нных делителей и собственно, от шума самого фазового детектора и источника тока;

Z2 - мощность шума, вносимого VCO.

Необходимо вспомнить, что характеристика фильтра нижних частот с частотой среза на уровне 3 dB, обозначает ширину полосы пропускания контура Bw. Для частотных сдвигов на выходе меньше, чем Bw доминируют значения шума X и Y, а для частотных сдвигов намного больше, чем Bw доминируют значения фазового шума Z. Малое значение для Bw наиболее предпочтительно, т.к. позволяет минимизировать общее значение фазового шума, однако, может быть следствием медленного переходного процесса. Поэтому, определение ширины полосы пропускания должно зависеть от переходной характеристики и полной мощности интегрированного фазового шума.

Литература

1. Curtin M., O"Brien P. Phase-Locked Loops for High-Frequency Receivers and Transmitters - Part 2 Analog Dialogue 33 - 5 (1999).
2. Curtin M., O"Brien P. Phase-Locked Loops for High-Frequency Receivers and Transmitters - Part 3 Analog Dialogue 33 - 7 (1999).
3. Horowitz P., Hill W. The Art of Electronics, Second Edition, Cambridge University Press 1989.
4. SGS - THOMSON Microelectronics, Micropower Phase-Locked Loop, 1994.

1. Полоса пропускания или параметры переходной характеристики. Полоса пропускания – диапазон частот, в котором АЧХ имеет спад не более 3 дБ относительно значения на опорной частоте. Опорная частота – частота, на которой спад АЧХ отсутствует. Значение спада АЧХ в дБ находит из соотношения:

где l f оп - значение изображения на опорной частоте,
l f изм - размер изображения на частоте, для которой измеряется спад АЧХ.

2. Неравномерность АЧХ.

3. Нелинейность амплитудной характеристики усилителя ЭО: β a =(l-1)*100% , где l – наиболее отличающийся от одного деления шкалы экрана размер изображения сигнала в любом месте рабочей зоны экрана. Её измеряют, подавая на вход осциллографа сигнал импульсной или синусоидальной формы с амплитудой, обеспечивающей получение в центре экрана ЭЛТ изображения сигнала размером в одно деление шкалы. Затем измеряют размер изображения сигнала в различных местах рабочей части экрана, перемещая его по вертикальной оси с помощью внешнего источника напряжения.

4. Качество воспроизведения сигнала в импульсном ЭО. Это качество характеризуется параметрами переходной характеристики (ПХ):

4.1. Время нарастания переходной характеристики (ПХ) - τ н измеряют при следующих условиях: на вход ЭО подают импульсы с временем нарастания не более 0,3 времени нарастания ПХ, указанной в паспорте, в стандартах или технической документации на ЭО конкретного типа. Длительность импульса должна быть не менее, чем в 10 раз больше времени нарастания ПХ. Выбросы на импульсе не должны превышать 10% времени нарастания изображения импульса, в течение которого происходит отклонение луча от уровня 0.1 до уровня 0.9 амплитуды импульса;

4.2. Значение величины выброса: δ u = (l B / lu)*100% , где l B – амплитуда изображения выброса, l u - амплитуда изображения импульса. Определение δ u производят на импульсах положительной и отрицательной полярности.

4.3. Спад вершины изображения импульса: l СП (значение величины спада импульса) измеряют, подавая на вход канала вертикального отклонения импульс длительностью более 25 τ н с амплитудой, обеспечивающей максимальный размер изображения импульса в рабочей части экрана ЭЛТ. Значение спада вершины импульса измеряют по его изображению в точке, отстоящей от начала импульса на время, равное его длительности. Нормируют значение относительно спада вершины импульса, которое определяется по формуле: Q=l СП /l u

4.4. Неравномерность вершины изображения импульса (отражение, синхронность наводки). Величина отражения γ определяется из формулы γ=(S 1 -S) / S , где S 1 – амплитуда выброса или спада, S – толщина линии луча, указанная в стандартах или в описании на данный ЭО. Синхронные наводки v определяют измерением амплитуд, наложенных на изображение колебаний, вызванных внутренними наводками, синхронным запуском развертки: v = (v 1 -S) / S , где v 1 – отклонение луча ЭЛТ из-за наложения на изображение колебаний, вызванных внутренней наводкой. Зная параметры ПХ можно определить параметры АЧХ: f B = 350/τ н (МГц), f н = Q / (2π τ u)(Гц).

5. Чувствительность (нормальное значение коэффициента отклонения): ε=l/U вх …K d =1/ε=U вх /l…δ K =(K d /K d0)*100% , где ε - чувствительность, l – значение изображения амплитуды импульса, U вх – значение амплитуды входного сигнала, K d – коэффициент отклонения сигнала по ОУ, δ К – погрешность коэффициента отклонения, K d0 – номинальное значение K d , указанное в технической документации.

6. Параметры входа ЭО с полосой пропускания до 30 МГц определяются непосредственным измерением R и С соответствующими приборами. Для более широкополосных ЭО в тех. описании дается методика определения этих параметров.

7. Погрешности калибратора амплитуды и калибратора временных интервалов и их измерение. Определение погрешности измерения данных параметров производится путем сравнения показаний испытуемого ЭО и образцового измерительного устройства с погрешностью измерения соответствующей величины в 3 раза меньшей, чем у поверяемого ЭО.

8. Длительность развертки – время прямого хода развертки, за которое луч пробегает всю рабочую часть экрана в горизонтальном направлении. В современных ЭО длительность прямого хода развертки Т П задается в виде коэффициента развертки К р = Т П /l Т, δ р =(К р /К р ном -1)*100% , где l Т – длина отрезка горизонтальной оси, соответствующая длительности Т П , δ р – погрешность коэффициента развертки, К р ном – номинальное значение коэффициента развертки.

9. Нелинейность развертки: β р =(l-1)*100% , где l – длительность наиболее отличающегося от 1 см или одного деления шкалы временного интервала в любом места рабочей части развертки в пределах рабочей части экрана.

Внимание! Каждый электронный конспект лекций является интеллектуальной собственностью своего автора и опубликован на сайте исключительно в ознакомительных целях.

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

Кнопка	Назначение
Потенциометр	Увеличение / уменьшение величины опорной частоты, задания для ПИД-регулирования
МЕНЮ	Вход в меню для установки / просмотра значений функциональных параметров. Значения функциональных параметров начинают мигать, когда их можно изменить
ВВОД / ВД	В режиме установки значений функциональных параметров: запись (подтверждение) выбранного значения параметра во внутреннюю память частотного преобразователя . При успешном завершении операции записываемое значение прекращает мигать. В обычном режиме: изменение индикации верхнего дисплея.
ОТМЕНА / НД	В режиме установки: значений функциональных параметров: отмена операции изменения значения функционального параметра и переход в режим просмотра функциональных параметров из режима установки. Выход из меню. В обычном режиме: изменение индикации нижнего дисплея.
	В режиме установки значений функциональных параметров: переход к предыдущему параметру или увеличение значения параметра; При работающем двигателе и при активном цифровом вводе: увеличение опорной частоты или задания для ПИД-регулирования (функция потенциометра). В режиме индикации ошибок: переход к следующему коду ошибки.
	В режиме установки значений функциональных параметров: переход к последующему параметру или уменьшение значения параметра; При работающем двигателе и при активном цифровом вводе: уменьшение опорной частоты или задания для ПИД-регулирования (функция потенциометра). В режиме индикации ошибок: переход к предыдущему коду ошибки.
ПУСК	При управлении с пульта управления: команда «вращение вперёд»
РЕВЕРС / ШАГ	При управлении с пульта управления: РЕВЕРС – команда «реверсивное вращение», ШАГ – команда «шаговый режим» (выбирается с помощью функционального параметра F 014)
СТОП / СБРОС	При работающем двигателе: число оборотов постепенно снижается, частотный преобразователь прекращает работать.

Индикаторы

Группа индикаторов	Наименование индикатора	Состояние индикатора	Пояснения
Блочные индикаторы	Гц	мигает	Индикация на дисплее значения устанавливаемого задания на опорную частоту
	Гц	горит	Индикация на дисплее значения выходной частоты
		горит	Индикация на дисплее значения фактического выходного тока
		горит	Индикация на дисплее процента выходного тока
		мигает	Индикация на дисплее значения оставшегося времени, процент для каждого шага функционирующей программы
		горит	Индикация на дисплее значения входного напряжения
		мигает	Индикация на дисплее значения выходного напряжения
	об/мин	горит	Индикация на дисплее значения скорости вращения двигателя
	МПа	мигает	Индикация на дисплее значения устанавливаемого задания на давление
	МПа	горит	Индикация на дисплее значения давления обратной связи
	Ни один из индикаторов не горит		Индикация на дисплее общего времени работы
Индикаторыработы	М / Д	горит	Местный режим управления частотным преобразователем (с помощью пульта управления)
	НАПР	горит	Установка частотного преобразователя совпадает с направлением вращения двигателя
	НАПР	мигает	Установка частотного преобразователя не совпадает с направлением вращения двигателя
	ПРЯМ	горит
	ПРЯМ	мигает	Вращение двигателя вперёд, нагрузки нет
	РЕВ	горит	Реверсивное вращение двигателя,
	РЕВ	мигает	Реверсивное вращение двигателя, нагрузки нет

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:

Функцио-нальная кнопка	Статус состояния частотного преобразователя	Данные дисплеев пульта управления частотного преобразователя (верхний и нижний соответственно)	Пояснения
	Преобразователь находится в рабочем режиме или остановлен (питание на преобразователь подано)		На верхнем и нижнем дисплеях индицируются значения величин, заданные функциональными параметрами F 001 и F 002 соответственно
МЕНЮ	Вход в меню функциональных параметров преобразователя. Режим просмотра		На верхнем дисплее отображается код функционального параметра, который устанавливался последним во время работы преобразователя, на нижнем дисплее – его действующее значение
	Выбор функционального параметра, значение которого необходимо посмотреть или изменить		На верхнем дисплее отображается код выбранного пользователем функционального параметра, на нижнем дисплее – его действующее значение
МЕНЮ	Вход в режим изменения значения функционального параметра		На верхнем дисплее отображается код изменяемого пользователем функционального параметра, на нижнем дисплее – его действующее значение начинает мигать
	Выбор значения функционального параметра		На верхнем дисплее отображается код изменяемого пользователем функционального параметра, на нижнем дисплее –мигает значение, выбранное пользователем
ВВОД /ВД	Подтверждение устанавливаемого значения функционального параметра		На верхнем дисплее отображается код изменяемого пользователем функционального параметра, на нижнем дисплее –значение, выбранное пользователем, перестает мигать
ОТМЕНА / НД	Выход из меню функциональных параметров частотного преобразователя		Возврат к первоначальному состоянию частотного преобразователя , но с измененной несущей частотой (6 кГц)

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.

20 Гц Вперёд

Алгоритм действий (с пояснениями), которые необходимо произвести, представлен в таблице:

Действие	Функциональное назначение действия	Показания дисплеев	Пояснения
1. Подача питания на преобразователь			На дисплеях появляется индикация, установленная в преобразователе по умолчанию: опорная частота - верхний дисплей, выходная частота - нижний дисплей. Индикаторы « М / Д » и «Гц» нижнего дисплея загораются, а индикатор «Гц» верхнего дисплея – мигает.
2. Выбор режима задания опорной частоты преобразователя: МЕНЮ МЕНЮ ВВОД / ВД	Вход в меню функциональных параметров частотного преобразователя . Режим просмотра параметров. Поиск кода интересуемого параметра (F 004). Вход в режим изменения параметра. Изменение значения параметра из 1 в 0. Подтверждение измененного значения.		На верхнем дисплее отображается код функционального параметра, который устанавливался последним во время работы преобразователя, на нижнем дисплее – его действующее значение. На верхнем дисплее отображается код функционального параметра, на нижнем – его действующее значение. Значение параметра начинает мигать. Значение параметра изменено, но продолжает мигать. Значение параметра установлено и перестает мигать.
3. Изменение значения опорной частоты преобразователя на 20 Гц: МЕНЮ МЕНЮ ВВОД / ВД	Изменение значения функционального параметра F 013 с 50.00 на 20.00.	…………	Аналогично, как и в пункте 2.
4. Выход из меню функциональных параметров преобразователя: ОТМЕНА / НД Индикация на дисплеях имеет следующие значения: установленная опорная частота - верхний дисплей, выходная частота - нижний дисплей.
5. Пуск двигателя в прямом направлении с опорной частотой 20 Гц: ПУСК	Индикация на дисплеях имеет следующие значения: верхний дисплей – опорная частота, нижний дисплей – выходная частота, значение которой увеличивается с 0.00 до 20.00 в соответствии с установленным временем разгона (функциональный параметр F 019). Загорается индикатор «ПРЯМ».
6. Увеличение опорной частоты до 50 Гц:	Удерживайте кнопку изменения до получения требуемого значения.		Опорная частота (верхний дисплей) увеличивается до 50.00, выходная частота (нижний дисплей) также увеличиваются до 50.00, но не мгновенно, а в соответствии с установленным временем разгона.
7. Реверсивное вращение двигателя с опорной частотой 50 Гц: МЕНЮ МЕНЮ ВВОД / ВД ОТМЕНА / НД РЕВЕРС / ШАГ	Вход в меню функциональных параметров частотного преобразователя , изменение значения параметра F 014 с 0 на 1 и выход из меню. Опорная частота (верхний дисплей) соответствует 50.00, выходная частота (нижний дисплей) уменьшается до 0.00, а затем увеличиваются до 50.00 в соответствии с установленными временем торможения и временемразгона (функциональные параметры F 020 и F 019 соответственно). Индикатор «НАПР» мигает во время уменьшения скорости, перестаёт мигать во время ее увеличения. Загорается индикатор «РЕВ».
8. Просмотр выходного тока преобразователя: ВВОД / ВД	Нажимайте кнопку до тех пор, пока не появится индикация выходного тока преобразователя.		Индикация на дисплеях имеет следующие значения: верхний дисплей – выходной ток преобразователя, нижний дисплей – выходная частота. Индикатор «Гц» верхнего дисплея перестает светится, а загорается индикатор «А».
9. Остановка двигателя: Выходной ток преобразователя (верхний дисплей) уменьшаетсядо 0.0, выходная частота (нижний дисплей) – также уменьшается до 0.00 в соответствии с установленным временем торможения.