ФНЧ необходим в кольце ИФАПЧ для подавления колебаний частоты сетки и ее гармоник. Как было сказано, в стационарном состоянии синтезатора при постоянной разности фаз напряжений на входах ИФД выходное напряжение ИФД будет также постоянным. Для этого схемы ИФД содержат на выходе накопительный элемент – емкость. Однако из-за утечки происходит разряд выходной емкости, повторяющийся периодически с частотой fс.
В результате на выходе ИФД появляется напряжение, содержащее гармоники fс; 2fс; 3fс и т.д., которое, воздействуя через УЭ на ГУН, вызывает паразитную частотную модуляцию ГУН, вследствие чего в спектре его колебаний возникают комбинационные частоты 
В технических условиях каждого синтезатора устанавливают допустимый уровень этих комбинационных частот, что определяет требования к их подавлению ФНЧ.
Поясним все сказанное на примере, используя результаты расчета синтезатора из предыдущего раздела. Положим, что наиболее значимыми являются комбинационные 
(рис.10), и что их амплитуда по отношению к амплитуде номинальной частоты ГУНа не должна превышать –50 дБ.
Рис.10. Комбинационные составляющие 1-го порядка в ГУНе
Примем, что из-за неидеальности схемы ИФД уровень напряжения частоты fс составляет 2% от размаха напряжения на УЭ 
. Для определенности положим 
(можно взять и другое значение, так как в расчете будут использованы относительные величины).
Тогда крутизна настроечной характеристики ГУНа:
При частотной модуляции с малым индексом модуляции амплитуда комбинационной частоты 
:
|
где 
– амплитуда центральной частоты ГУНа,
– индекс частотной модуляции.
Согласно условию задачи 
или 
.
Следовательно, 
.
Допустимая девиация частоты ГУНа из-за воздействия помехи с частотой fс:
Допустимое напряжение частоты сетки на УЭ:
В то же время без ослабления в ФНЧ
|
Следовательно, колебания частоты сетки должны быть ослаблены в ФНЧ в 
раз или на 60 дБ.
Перейдем к выбору схемы ФНЧ. В синтезаторах с ИФАПЧ используют активные ФНЧ на операционных усилителях, что позволяет обеспечить требуемое усиление управляющего напряжения (Kус) и фильтрацию частот fс и nfс. Для простоты изложения будем использовать пассивные аналоги фильтров: RC-фильтр НЧ (рис.11), ПИФ – пропорционально-интегрирующий фильтр.
Рис.11. Схема RC-фильтра
Передаточная функция RC-фильтра
(13).
Заменяя p = j Ω, получаем:
и
(14).
На частотах F ≤ F 1, где 2p F 1 RC =1/3, можно принять, что 
.
На частотах F ≥ F 2, где 2p F 2 RC =3
и 
(15).
Так как F2/F1 = 10, то введя логарифмическую шкалу частоты F и выражая | K (Ω)|в дБ, получим частотную характеристику RC-фильтра (рис.12).
Рис.12. Частотная характеристика RC-фильтра
Как видим, на первой после частоты F 1 декаде RC-фильтр обеспечивает затухание 10 дБ/дек, а начиная с частоты F 2 – 20дБ/дек.
Обратимся к рис.7, представляющему передаточную функцию кольца без ФНЧ. Частота среза кольца F ′ = 600 Гц, частота сетки f c=100 кГц. Как выбрать частоту F 1 ФНЧ?
Обратим внимание, что в активной зоне действия ФНЧ, на частотах F>F2 RC-фильтр вносит в схему кольца ИФАПЧ дополнительный фазовый сдвиг на -90º (13). Если он будет работать на частоте F ′, то суммарный фазовый сдвиг на этой частоте согласно (9) составит π, знаменатель в (9) обратится в нуль и кольцо ИФАПЧ потеряет устойчивость. Вместо подавления флуктуаций частоты ГУНа, кольцо само перейдет в автоколебательный режим, что абсолютно недопустимо. Поэтому RC-фильтр в кольце ИФАПЧ работает на частотах выше F′, а ПИФ – ниже F′. На частоте среза кольца F′ наклон передаточной функции T (j Ω)должен составлять 20 дБ/дек.
Продолжим расчет. Если принять для RC-фильтра F 1= F ′, то на частоте 10 F′ = 6 кГц получим снижение коэффициента передачи на 10дБ, а на частоте сетки fс = 100 кГц на 34,5 дБ. Согласно расчету требуется подавление колебаний с частотой fс на 60 дБ. Для этого используем двухзвенный RC-фильтр, обеспечивающий подавление частоты сетки на 2·34,5 = 69 дБ.
Разработка ДПКД
Делители с переменным коэффициентом деления (ДПКД) строят на основе счетчиков импульсов. Однако на современном уровне технологии декадные счетчики, реализующие целочисленный ряд коэффициентов деления, работают на частотах, не превышающих сотни мегагерц, тогда как частоты ГУН лежат в диапазоне 300…6000 МГц. Для этих частот разработаны делители с переключаемым коэффициентом деления N /(N +1), например, 32/33, 64/65 или 127/128. Эти делители иногда называют предварительными (prescaler). Для получения требуемого целочисленного ряда NДПКД используют схему делителя рис.13.
Рис.13. Схема ДПКД с предварительным делителем частоты
Результирующий коэффициент деления:
NДПКД = (N+1)*A+N*(B-A) = N*(B+A) (16),
где A и B – коэффициенты деления декадных счетчиков.
Работа ДПКД состоит из двух фаз. В первой фазе делители A и B установлены в первоначальное состояние, а делитель N/(N+1) находится в состоянии деления на N+1. Коэффициент деления A лежит в пределах 0…(N − 1), а B > A.
После того, как в процессе счета делитель A обнулен, импульс на его выходе сбрасывает триггер управления, что переключает счетчик N/(N+1) в состояние деления на N, и следует вторая фаза работы делителя. В конце счета обнуляется делитель B. При этом он генерирует выходной импульс схемы, который также производит начальную установку счетчиков A и B и восстанавливает исходное состояние триггера. Таким образом, схема приготовлена к новому циклу деления. Ограничением схемы (рис.13) является то, что целочисленный ряд NДПКД начинается с величины N 2 – N.
Пример. В схеме синтезатора, рассмотренной ранее, NДПКД max = 9600; NДПКД min = 9250. Выберем N =64, N +1=65 и в соответствии с (16) B=Ent(NДПКД/N), где Ent – целая часть, A= NДПКД modN – остаток от деления NДПКД/N.
Для NДПКД = 9250: B = 144, A = 34; NДПКД = 9600: B = 150, A = 0.
Начальную установку A и B производит микроконтроллер, управляющий синтезатором.