Chương 8 Điều chỉnh bằng tay và tự động trong máy thu
4. Công tác của hệ thống TĐT theo tần số trong chế độ thiết lập khi lệch cộng h−ởng lớn. Dải giữ và dải bắt
Khi độ thay đổi tần số trung gian lớn, v−ợt ra ngoài giới hạn phần tuyến tính của các đặc tuyến tĩnh bộ tách sóng tần số và điều khiển, hệ thống TĐT trở thành hệ thống phi tuyến và việc phân tích trở nên rất phức tạp. Vì vậy, ở độ phi tuyến khi quá trình độ đã kết thúc, và sẽ dùng phương pháp đồ thị thay cho phương pháp giải tích ở trên. Để đơn giản giả thiết trong mạch không có bộ khuếch đại mét chiÒu.
Tần số tín hiệu hay ngoại sai thay đổi một l−ợng bao nhiêu sẽ dẫn tới tần số trung gian cũng thay đổi một l−ợng đúng bấy nhiêu. Đồng thời trong chế độ thiết
lập khi hệ số truyền đạt của bộ lọc bằng một thì điện áp đầu ra bộ tách sóng tần số bằng điện áp đ−a tới phần tử điều khiển, nên ta có thể biểu diễn đặc tuyến của bộ tách sóng tần số và điều khiển trên cùng một trục toạ độ (hình 8 - 28). Khi hệ thống TĐT hở mạch, điện áp điều khiển bằng 0. Nếu tần số của dao động ngoại sai khác với giá trị danh định một l−ợng ∆f0 (do các yếu tố bên ngoài không ổn
định gây ra) thì đặc tuyến phân tử điều khiển dịch theo trục ∆f so với gốc toạ độ
đầu một l−ợng cũng bằng ∆f0. Trong quá trình công tác hệ thống TĐT có các giá
trị độ lêch ban đầu ∆fBoB khác nhau, vậy vị trí tương đối giữa các đặc tuyến của bộ tách sóng tần số và điều khiển cũng khác nhau. Khi độ lệch ban đầu ∆f01 nhỏ, các
đặc tuyến này cắt nhau trên những phần tuyến tính: khi độ lệch ban đầu lớn, đặc tuyến của phân tử điều khiển sẽ cắt đặc tuyến của bộ tách sóng tần số ở phần phi tuyÕn.
Chúng ta phân tích hệ thống TĐT trong tr−ờng hợp thứ nhất.
Giả sử rằng tần số của bộ dao động cần ổn định có độ lệch (sai số) ban đầu so với giá trị danh định f0 là ∆f01. Khi đó ở đầu ra của bộ tach sóng tần số suất hiện điện áp điều khiển Ud / c điểm a trên (hình 8 - 28a). Do tác dụng của điện áp
điều khiển Ud / c, phân tử điều khiển có xu hướng làm thay đổi tần số của bộ dao
động cần ổn định một l−ợng − ∆f1.. Tuy nhiên khi khép kín hệ TĐT thì quá trình sẽ xảy ra như sau. Dưới tác dụng của phần tử điều khiển, tần số của bộ dao động cần ổn định chỉ vừa mới rời khỏi điểm a thì lại xuất hiện một điện áp điều khiển mới U'dc. Trong thời gian giá trị điều khiển thay đổi từ Ud / c đến Udc' thì gía trị sai số về tần số của bộ dao động cần ổn định giảm từ ∆f01đến ∆f0'(điểm a′ trên (hình 8 - 28a). Bây giờ ở đầu vào phần tử điều khiển có điện áp U'd / ctác dụng vào nó có xu hướng làm thay đổi tần số một lượng ư ∆f2, nghĩa là đưa tần số của bộ dao động cần ổn định về gần tần số danh định f0.
Khi phân tích tính chất quá trình thiết lập tần số ta giả thiết là giữa thời
điểm thay đổi tần số và thời điểm suất hiện điện áp điều khiển có một khoảng thời gian xác định. Nghĩa là mạch có quán tính. Nh− vậy điểm công tác a trên đặc tuyến của bộ tách sóng tần tần số không dịch chuyển theo h−ớng a f a′, mà trực tiếp trên đặc tuyến theo các vị trí a−a′−a′′. Cuối cùng độ lệch tần số của bộ dao
động cần ổn định giảm đến giá trị ∆fd, ứng với giao điểm A của hai đặc tuyến.
Nếu vì một nguyên nhân nào đó điểm công tác ở thấp hơn điểm A, thì ta thấy rằng do tác dụng của điện áp điều khiển U'''dc, sai số về tần số mới ∆f'''0sẽ không giảm đi mà tăng, tiến tới ∆fd, ứng với giao điểm A là điểm cân bằng ổn
định của hệ TĐT, theo điều kiện ổn định (8.37) tại điểm A thoả mãn
ts d / c
S >0,S <0. Xét tam giác oAo2, ta dễ dàng nhận thấy:
d 0
ts d / c
f f
1 S S
∆ = ∆ +
Biểu thức nay hoàn toàn phù hợp với biểu thức nhận đ−ợc từ giải tích.
Việc phân tích trong trường hợp khi độ lệch ban đầu của máy thu ∆f0 lớn sẽ khá phức tạp, nh−ng đánh giá đầy đủ hơn hiệu quả của hệ TĐT. Ví dụ khi
0 03
f f
∆ = ∆ đặc tuyến bộ điều khiển cắt phần phi tuyến của đặc tuyến bộ tách sóng tần số tại ba điểm 2, 3, 4, ba điểm này t−ơng ứng với ba trạng thái cân bằng.
Nh−ng cần xét độ ổn định của mỗi trạng thái. Để đánh giá ta hãy tìm miền (giới hạn) công tác ổn định.
Theo điều kiện ổn định 1- K > 0, dễ dàng thấy rằng giới hạn ổn định tương ứng với đẳng thức S Sts d / c =1. Đẳng thức này chỉ có thể thực hiện đ−ợc tại điểm
đường đặc tuyến của tách sóng tần số, ở (hình 8 - 28) là các điểm 5, 6 tương ứng với vị trí các giá trị ∆fB4B, ∆fB2B của đặc tuyến bộ điều khiển. Thật vậy, tại các điểm này ts
d / c
S 1
=S , VËy: S .Sts d / c =1.
H×nh 8 - 28
Miền bao gồm giữa các điểm 5 và 6 là miền cân bằng không ổn định của hệ thống. ở đó Sd / c và Sts cùng dấu,tích S Sts dc =1, không thực hiện đ−ợc điều kiện
ổn định (8.37). Miền 05 là miền cân bằng ổn định vì S Sts dc<1, miền 6, 1 cũng là miền cân bằng ổn định vì thực hiên bất đẳng thức o S S< ts dc <1.
Bây giờ ta hãy đánh giá khả năng công tác của hệ thống TĐT theo tần số.
Giả sử tại thời điểm mở hệ thống, độ lệch ban đầu bằng ∆f1, đặc tuyến các bộ tách sóng tần số và điều khiển cắt nhau tại điểm 1. Đây là điểm cân bằng ổn định nh−ng độ lệch còn d− gần bằng độ lệch ban đầu và ta có thể coi hệ thống TĐT không có tác dụng điều chỉnh.
Thay đổi giá trị của độ lệch ban đầu đến giá trị ∆f03, các đặc tuyến cắt nhau tại ba điểm 2, 3, 4. Khi khép kín hệ thống điểm ổn định đầu tiên là điểm 2 và độ lệch còn d− cũng không giảm đáng kể so với ∆f03. Hệ thống TĐT vẫn coi nh−
ch−a có tác dụng (∆fdc ≈ ∆f0). Tiếp tục thay đổi (giảm) độ lệch ban đầu đến giá
trị ∆f4; đặc tuyến của bộ điều khiển sẽ tiếp tuyến trong với đặc tuyến bộ tách sóng tần số tại điểm 6 và cắt nhau tại điểm 7. Điểm 7 là điểm ổn định. Khi khép kín hệ thống TĐT thì nó bắt đầu có tác dụng điều chỉnh (∆fdcở điểm 7 nhỏ hơn rõ rệt so với ∆f4). Và có thể nói hệ thống TĐT bắt lấy tần số của bộ dao động cần
điều chỉnh.
Nh− vậy quá trình bắt tần số chỉ xảy ra khi độ lệch ban đầu không v−ợt quá
giá trị ∆f4 . Khi tiếp tục tăng độ lệch hệ thống TĐT sẽ có hiệu quả rất kém, coi nh− hở mạch hệ thống TĐT.
Tính chất của hệ thống TĐTtheo tần số đặc cho khả năng giữ chế độ bám sát khi tăng độ lệch của máy thu đ−ợc đánh giá bằng dải giữ, nghĩa là miền giá trị ban đầu trong giới hạn của miền đó với bất kỳ sự thay đổi, hệ thống TĐT giữ chế
độ bám sát, bảo đảm giá trị cho phép của sai số d−.
Hệ thống TĐT sẽ làm việc có hiệu quả nhất nếu nó đảm bảo KTDT lớn hơn khi dải bắt và dải giữ lớn. Tuy nhiên các yêu cầu này mâu thuẫn nhau và cần phải giải quyết theo điều kiện cụ thể.
H×nh 8 - 29
Để rõ hơn ta vẽ sự phụ thuộc của sai số d− trong chế độ thiết lập vào độ lệch ban ®Çu (h×nh 8 - 29).
Tính chất của hệ thống TĐT trong chế độ bắt đ−ợc đặc tr−ng bằng dải bắt:
fb
∆ . Dải bắt đ−ợc xác định bằng miền độ lệch ban đầu của tần số bộ dao động cần ổn định (ngoại sai), mà trong giới hạn đó tác dụng điều chỉnh có hiệu quả khi khép kín hệ TĐT.
Ng−ợc lại khi hệ thống TĐT đang làm việc trong dải bắt, tần số của bộ dao
động cần ổn định cần thay đổi từ từ nh− thế nào đó để độ lệch ban đầu tăng đến giá trị ∆f03. Trong trường hợp này điểm cân bằng động là điểm 4 và hệ thống TĐT công tác bình th−ờng, nghĩa là có tác dụng điều chỉnh. Tuy nhiên nếu tiếp tục tăng độ lệch tần số thì hệ thống TĐT chỉ làm việc bình thường khi ∆ ≤ ∆f0 f02. ở vị trí này đặc tuyến bộ điều khiển tiếp tuyến ngoài với đặc tuyến bộ tách sóng tần số. Điểm 5 là điểm không ổn định, điểm 9 là điểm ổn định nh−ng sai số còn d− hầu nh− bằng độ lệch ban đầu. Hệ thống TĐT mất hiệu quả.
Chế độ của hệ thống TĐT khi khép kín và làm việc có hiệu quả với độ lệch ban đầu lớn hơn dải bắt gọi là chế độ giữ (duy trì). Đặc tr−ng cho chế độ này là dải giữ. Nó được xác định bằng miền lệch cộng hưởng ban đầu của bộ dao động cần điều chỉnh, mà trong giới hạn đó tác dụng điều chỉnh có hiệu quả trong quá
trình tăng chậm độ lệch ban đầu và hệ thống TĐT khép kín liên tục.
Các lý luận này cũng chính xác cho miền độ lệch ban đầu âm (∆f0 <0). Do
đó ta có :
b 4
g 2
f 2 f f 2 f
∆ = ∆
∆ = ∆
Hệ thống TĐT làm việc có hiệu quả nhất nếu đồng thời đảm bảo các giá trị:
, ,
tdt b g
K ∆ ∆f f cùng lớn.
Hệ thống TĐT theo tần số rất khó đảm bảo sai số còn d− nhỏ. Vì vậy trong những trường hợp khi độ lệch cho phép yêu cầu rất cao, cần phải sử dụng hệ thèng T§T theo pha.
8.4. Tự động điều chỉnh tần số theo pha (TĐF)
Sơ đồ khối của hệ thống TĐF chính là sơ đồ (hình 8 - 29) khi thiết bị so sánh là bộ tách sóng pha.