При работе в цепи фазовой автоподстройки ошибка по фазе может приводить к неточной настройке синтезатора. Это связано с принципиальной работой фазового детектора — он вырабатывает напряжение, использующееся для настройки ГУН. Для удержания ГУН на заданной частоте необходим постоянный сдвиг фаз межу опорным колебанием и подстраиваемым колебанием, вырабатываемым ГУН. Устранить этот недостаток можно при использовании схемы фазового компаратора.
Фазовый компаратор позволяет формировать напряжение не пропорциональное фазе, а соответствующее знаку фазы, то есть на его выходе может быть три значения напряжения: отставание по фазе, опережение по фазе и точное совпадение по фазе входных колебаний.
Если проинтегрировать такое напряжение на конденсаторе, то при отставании фазы колебания с выхода ГУН (частота на выходе ГУН меньше требующегося значения), напряжение на конденсаторе будет уменьшаться. При опережении фазы колебания с выхода ГУН фазы опорного колебания (частота на выходе ГУН больше требующегося значения), напряжение на конденсаторе будет увеличиваться. Один из вариантов реализации схемы фазового компаратора приведен на рисунке 12.15.
Для построения фазового компаратора в этой схеме используются два D‑триггера. На тактовые входы этих триггеров подаются опорное и подстраиваемое колебания. При подаче на вход схемы высокого потенциала, в триггер записывается единичное значение. При записи единичных значений в оба триггера триггеры обнуляются сигналом, формируемым микросхемой D2.
В результате, в процессе работы схемы фазового компаратора при опережении фазы опорного колебания импульсы будут формироваться на выходе триггера D1.1, при опережении фазы подстраиваемого колебания импульсы появятся на выходе триггера D1.2. При точном совпадении фаз опорного и подстраиваемого колебания импульсы на выходе обоих триггеров будут настолько короткими, что ими можно пренебречь.
Импульсы с выходов триггера D1.1 подаются на заряжающий конденсатор C1 ключ, собранный на транзисторе VT1, а импульсы с выхода триггера D1.2 подаются на разряжающий конденсатор C1 ключ, собранный на транзисторе VT2. В результате, напряжение на конденсаторе C1 будет оставаться неизменным только при точном совпадении фазы опорного и подстраиваемого колебаний.
Временные диаграммы сигналов на входах и выходах фазового компаратора при различном соотношении фаз опорного и подстраиваемого колебаний приведены на рисунке 12.16.
Рисунок 12.16 – Временные диаграммы сигналов на входах и выходах
триггеров, входящих в состав фазового компаратора:
а — опорное колебание опережает подстраиваемое по фазе;
б — подстраиваемое колебание опережает опорное по фазе;
в — колебания совпадают по фазе
Обычно для управления варикапами, входящими в состав генератора управляемого напряжением (ГУН), требуются напряжения, большие напряжения питания цифровых микросхем (порядка 12 … 15 В). В таких случаях на выходе фазового компаратора, схема которого приведена на рисунке 12.15, требуется усилитель. В некоторых случаях можно обойтись без усилителя, если воспользоваться диодными ключами, как это показано на принципиальной схеме, приведённой на рисунке 12.17.
Рисунок 12.17 – Принципиальная схема фазового компаратора с диодными ключами
В приведённой на рисунке 12.17 схеме фазового компаратора заряд ёмкости C1 производится через резистор R5, а разряд этой ёмкости производится через резистор R4 и полностью открытый транзистор VT1. Использование различных резисторов в цепи заряда и разряда конденсаторов позволяет независимо регулировать время перестройки синтезатора вниз и вверх по частоте.
На этом можно завершить обзор элементов, входящих в состав схемы фазовой подстройки частоты и перейти к рассмотрению конкретных примеров использования схем ФАПЧ.
