Автоматическая регулировка усиления принцип работы

Система автоматической регулировки усиления

Системы автоматической регулировки усиления (АРУ) широко применяются в радиоприемных устройствах различного назначения, они предназначены для стабилизации уровня сигнала на выходе усилителей при большом динамическом диапазоне изменения входного сигнала, достигающим, например, в радиолокационных приемниках 60—100 дБ. При таком диапазоне изменения входного сигнала и отсутствии системы АРУ нарушается нормальная работа приемных устройств, что проявляет­ся в перегрузке последующих каскадов приемника. В сис­темах автоматического сопровождения цели РЛС перегрузка каскадов приемника приводит к искажению ам­плитудной модуляции, к снижению коэффициентов усиления, вплоть до срыва сопровождения. В системах стабилизации частоты большой динамический диапазон изменения сигнала вызывает изменение крутизны дискри­минационной характеристики, что резко снижает качество работы системы.

Системы АРУ делятся на три основных типа [7]: 1) с обратной связью (с обратным действием); 2) без обратной связи (прямого действия); 3) комбинированные. Существуют одно- и многопетлевые системы АРУ с не­прерывной и цифровой регулировкой.

Функциональная схема системы АРУ с обратной связью показана на рис. 1.13. Входное напряжение uвх(t) поступает на усилитель (У) с регулируемым коэффициентом усилении. Выходное напряжение этого усилителя детек­тируется, после чего суммируется с напряжением задерж­Ки uз. Суммарное напряжение ис усиливается усилите­лем постоянного тока (УПТ) и подается на фильтр ниж­них частот (ФНЧ). Напряжение с ФНЧ uу используется для регулировки коэффициента усиления входного сигнала. Зависимость коэффициента усиления усилителя входного сигнала от управляющего напряжения называ­ют регулировочной характеристикой. В общем случае эта характеристика нелинейная, однако приближенно она может быть заменена линейной зависимостью вида

где k — коэффициент усиления при управляющем напря­жении, равном нулю; а — крутизна регулировочной ха­рактеристики.

Изменение коэффициента усиления может быть достигнуто различными способами: путем включения управляемого аттенюатора, изменением крутизны характери­стик электронных приборов и др. [7]. В качестве приме­ра на рис. 1.14 показана схема усилителя с регулируе­мым коэффициентом усиления, в котором управляющее напряжение подается на базу транзистора VT. При уве­личении управляющего напряжения напряжение на ба­зе повышается, в результате чего коэффициент усиления каскада уменьшается.

Эффект стабилизации уровня выходного напряжения uвых(t) достигается за счет того, что с ростом уровни uвых(t) увеличивается и управляющее напряжение uу, под действием которого в соответствии с выражением (1.22) уменьшается коэффициент усиления усилителя входного сигнала, что приводит к снижению уровня вы­ходного сигнала.

Для того чтобы не снижать усиление при слабых входных сигналах и начать управление коэффициентом уси­ления усилителя только при достижении входным сигна­лом определенного уровня в систему АРУ подают напря­жение задержки ЕЕЕ3. В результате напряжение управления появится только в том случае, когда напряжение с амплитудного детектора превысит напряжение за­держки.

ФНЧ в цепи обратной связи системы АРУ предназначен для передачи управляющего напряжения с частотами изменения уровня выходного напряжения АРУ. При этом ФНЧ не должен пропускать колебания управляю­щего напряжения с частотами спектра полезной модуля­ции сигнала uвх(t), в противном случае происходит де­модуляция входного сигнала, ослабляющая выходной сигнал.

Непосредственно из схемы рис. 1.13 следует, что напряжение на выходе УПТ

если

, если (1.23)

где kд— коэффициент передачи детектора.

Управляющее напряжение на выходе ФНЧ находят из следующего дифференциального уравнения:

Напряжение на выходе системы АРУ

(1.25)

Уравнениям (1.23) — (1.25) соответствует структурная схема системы АРУ, изображенная на рис. 1.15. В этой схеме нелинейное звено описывается зависимостью

(1.26)

Отличительной особенностью системы АРУ по сравнению с системами РА, рассмотренными в предыдущих параграфах, является зависимость коэффициента передачи системы от времени, что происходит из-за наличия в системе (рис. 1.15) звена с коэффициентом передачи k(t). Кроме того, из-за нелинейного звена с характеристикой (1.26) система АРУ является нелинейной. Анализ нелинейных систем с перемен­ными параметрами явля­ется сложной задачей

Читайте также:  2tz fe регулировка клапанов

В установившемся режиме при постоянном уровне напряжения на входе системы АРУ из уравнений (1.23) — (1.26) следуют следующие соотношения:

(1.27)

где kупт — коэффициент усиления УПТ.

Уравнение (1.27) определяет регулировочную характеристику системы АРУ с обратной связью (кривая 2 на рис. 1.16). на этом же рисунке изображена характе­ристика без АРУ (кривая 1) и регулировочная характе­ристика с идеальной системой АРУ (кривая 3).

Источник

Система автоматической регулировки усиления

По принципу построения системы АРУ делятся на три основных типа [4]: разомкнутые, или без обратной связи (рис. 5.2, 5.3); замкнутые, или с обратной связью (рис. 5.4); комбинированные. Существуют одно- и многопетлевые системы АРУ с непрерывной и цифровой регулировкой. АРУ без обратной связи обеспечивает высокое постоянство амплитуды выходного сигнала при изменении входного сигнала в широких пределах, однако регулируемая величина зависит от стабильности параметров цепи АРУ.

Разомкнутая инерционная система АРУ (рис. 5.2) имеет в своем составе регулируемый усилитель (У), усилитель системы АРУ (УАРУ), детектор АРУ (ДАРУ) для получения управляющего воздействия и фильтр нижних частот (ФНЧ), устраняющий составляющую частот модуляции во избежание демодуляции АМ- радиосигнала.

Временная система (рис. 5.3) содержит устройство формирования управляющего напряжения (ВАРУ), работа которого синхронизируется во времени внешним импульсом.

На практике наибольшее распространение получили инерционные системы АРУ с обратной связью (рис. 5.5). Они подразделяются на системы непрерывного и импульсного действия. Все перечисленные системы могут быть задержанными и незадержанными.

Принцип работы системы АРУ заключается в следующем. Входное напряжение Uвх(t) поступает на вход усилителя с регулируемым коэффициентом усиления. Выходное напряжение с усилителя поступает на вход детектора, затем продетектированный сигнал суммируется с напряжением задержки Uз. Суммарное напряжение Uс усиливается усилителем постоянного тока (УПТ) и подается на фильтр нижних частот (ФНЧ), ФНЧ формирует управляющее напряжение Uу, изменяющее коэффициент усиления. Зависимость коэффициента усиления усилителя от управляющего напряжения называют регулировочной характеристикой, она может быть аппроксимирована линейной зависимостью

, (5.4)

где k – коэффициент усиления при управляющем напряжении, равном нулю;

a – крутизна регулировочной характеристики.

Эффект стабилизации уровня выходного напряжения Uвых(t) достигается за счет того, что с ростом уровня Uвых(t) увеличивается и управляющее напряжение Uу, под действием которого, в соответствии с выражением (5.1), уменьшается коэффициент усиления усилителя, что приводит к снижению уровня входного сигнала.

Для предотвращения снижения уровня выходного сигнала при малых входных воздействиях и обеспечения работы системы АРУ с определенного уровня, в систему подают напряжение задержки Uз. В результате напряжение управления появится только в случае, когда напряжение на выходе амплитудного детектора превысит напряжение задержки Uз.

, если (5.5)

, если ,

где Kд – коэффициент передачи детектора.

Фильтр нижних частот в цепи обратной связи систем АРУ предназначен для передачи управляющего напряжения с частотами изменения уровня выходного напряжения АРУ. При этом ФНЧ должен быть инерционным по отношению к частотам полезной модуляции, иначе произойдет демодуляция полезного сигнала.

Напряжение на выходе системы АРУ (рис. 5.5)

. (5.6)

Уравнениям (5.2) – (5.3) соответствует структурная схема системы АРУ (рис. 5.6). На этой схеме нелинейное звено (НЗ) описывается зависимостью

(5.7)

В установившемся режиме (при постоянном уровне напряжения на входе системы АРУ) из (5.2) – (5.4) следует:

при uд

Источник

АВТОМАТИЧЕСКАЯ РЕГУЛИРОВКА УСИЛЕНИЯ

Назначение и виды регулировок

В процессе изготовления и эксплуатации радиоприемника для получения наилучшего качества приема приходится регулировать ряд его показателей: частоту настройки, коэффициент усиления, полосу пропускания и др. Для осуществления этих регулировок в РПУ используют регуляторы. В зависимости от вида регулиру­емого параметра различают: регулировку усиления, которая может осуществляться в трактах радиочастоты и промежуточной частоты, а также в последетекторной части приемника; регулировку частоты настройки, обеспечивающую прием сигналов в широком диапазоне частот; регулировку полосы пропускания, которая может произво­диться в трактах радиочастоты и промежуточной частоты, а также в последетекторной части приемника. Возможны регулировки и других параметров приемника.

Читайте также:  Регулировка тиристора в цепи постоянного тока

Регулировка бывает ручной и автоматической. Ручная регулиров­ка служит для установки исходных показателей РПУ. Автоматичес­кая регулировка поддерживает выбранные показатели РПУ на тре­буемом уровне. Некоторые виды регулировок можно отнести к сме­шанным. В современных РПУ для регулировок, управления и конт­роля широко используют микропроцессоры. В некоторых прием­никах предусматривается дистанционное управление.

Регулировка усиления

Способы регулировки усиления резонансного усилителя. Резонансный коэффициент усиления усилителя

где т1, т2 — коэффициенты включения; Rэкв — эквивалентное сопротивление контура при резонансе с уче­том шунтирующего действия выхода транзистора и входа последу­ющего каскада; S — крутизна транзистора в рабочей точке). Регу­лировка К может осуществляться изменением любой величины, входящей в формулу.

При синтезе устройств регулировки требуются существенное из­менение К от напряжения регулировки Ерег, малый ток регулиров­ки, малая зависимость изменения других параметров усилителя при изменении К. Рассматриваемые способы изменения усиления при­менимы как для ручных, так и для автоматических регулировок.

Регулировка изменением крутизны S. Такая регулировка осуществляется изменением режима электронного прибора (соот­ветственно регулировка К называется режимной). Для изменения крутизны S необходимо менять напряжение смещения на управля­ющем электроде электронного прибора: напряжение UБЭ0 в бипо­лярном или напряжение UЗИ0 в полевом транзисторах. Изменение напряжения UБЭ0на транзисторе вызывает существенное изменение крутизны S в рабочей точке; при изменении напряжения смещения в полевом транзисторе изменяется практически только крутизна S, а в биполярном — еще и такие его параметры, как gвх, gвых и т. д.

Регулирующее напряжение Ерег подается в цепь эмиттера либо в цепь базы транзистора. Схема регулировки первого вида показана на рисунке 1, а, напряжение смещения на транзисторе UБЭ0 = U – Ерег. По мере увеличения Ерег напряжение UБЭ0 уменьшается, что влечет за собой уменьшение тока IК0 и крутизны S, в результате чего ко­эффициент усиления К снижается. Цепь регулировки должна обес­печить ток, примерно равный IЭ0.Если регулируется п каскадов, то ток регулировки Iрег=пIЭ0, поэтому цепь регулировки должна выра­батывать сравнительно большой ток Iрег, что является недостатком схемы рисунок 14.1, а. Этим недостатком не обладают цепи регулировки второго типа, в которых напряжение Ерег вводится в цепь базы (рисунок 14.1, б): UБЭ0=U —Ерег, поэтому принцип регулировки в обоих случа­ях одинаков. Достоинство регулировки по схеме рисунок 14.1, б состоит в том, что ток Iрег, равный току делителя Iдл = (5–10) IБ0, во много раз меньше тока Iрег при регулировке по схеме рисунок 1а. Однако схема рисунок 14.1, б менее стабильна в работе, поскольку в ней отсутствует резистор в цепи эмиттера RЭ. Включение резистора RЭ приво­дит к уменьшению эффективности регулировки, так как он обес­печивает стабилизацию режима не только при изменении темпера­туры, но и при изменении Ерег. При включении резистора RЭ, для обеспечения той же глубины регулировки необходимо подавать большее значение напряжения Ерег.

Рисунок 14.1 Регулировка изменением крутизны S

Регулировка изменением Rэкв. Такая регулировка может осуществляться различными способами. На рисунок 14.2 показана схема регулировки с подключенным параллельно контуру диодом VD. При Ерег> Uк диод закрыт и контур практически не шунтирует; при этом Rэкв и К наибольшие. При Ерег

Рисунок 14.2 Регулировка изменением Rэкв

Регулировка изменением т1 и т2.Данный способ регулировки поясняется схемой рисунок 14.3. Напряжение с контура подается на делитель Z1Z2, изменяя одно из сопротивлений которого можно менять коэффициент включения т2. Аналогична схема для изменения т1. В качестве Z1 и Z2 можно использовать катушки с переменной индуктивностью либо конденсаторы с переменной емкостью. Однако этот способ регулировки не используется, так как связан с трудно предотвратимой расстройкой контура, возникающей при изменении Z1 и Z2.

Читайте также:  Регулировка навесов пластиковых окон


Рисунок 14.3 Регулировка изменением т1 и т2

Если, например, из-за изменения температуры или напря­жения источника питания коэффициент усиления К регулируемого усилителя увеличится, то характеристика АРУ из идеальной превра­щается в характеристику с нарастающим Uвыx (рисунок 14.8б).

Рисунок 14.9 Виды АРУ

Структурная схема комбинированной АРУ (см. рисунок 14.9, в). В этом случае рационально используются преимущества обеих схем АРУ: стабильность обратной АРУ и возможность получения иде­альной характеристики в прямой АРУ. Для первого усилителя это обратная, а для второго — прямая АРУ. Основная регулировка происходит в первом усилителе. Он, как правило, содержит несколь­ко регулируемых каскадов. Второй регулируемый усилитель обыч­но однокаскадный, его основная задача — несколько скомпенсиро­вать возрастающее напряжение на выходе первого усилителя. То, что идеальная регулировка не достигается на практике, не имеет большого значения, так как пределы изменения Uвыx невелики.

Бесшумная АРУ. Система АРУ обеспечивает в приемнике максимальное усиление тогда, когда принимается слабый сигнал. Это приводит к увеличению уровня шумового напряжения на выхо­де приемника. Это явление устраняет бесшумная АРУ (см. рисунок 14.9г), для реализации которой создается специальная цепь БШР, упра­вляемая Ерег. Если Ерег становится ниже определенного уровня, то цепь БШР вырабатывает напряжение Еэ запирающее УЗЧ; при прревышении Ерег этого порогового значения Еэ становится равным нулю, У3Ч отпирается и работа приемника восстанавливается. Имеется ряд схемных реализаций цепи БШР.

Назначение фильтра в цепи АРУ. Амплитуда сигнала в приемнике может изменяться по двум причинам: 1) при использование амплитудной модуляции для передачи информации в системе связи или радиовещания; 2) из-за замираний, при которых уровень сигнала на входе приемника изменяется по случайному закону в очень широких пределах. Цепь АРУ должна устранять только замирания сигнала, но не должна реагировать на полезные изменения амплитуды АМ-сигнала, что обеспечивается с помощью фильтра АРУ

Выводы:

1. Для АРУ создают цепь, состоящую из детек­тора и фильтра. Детектор обеспечивает напряжение регули­ровки, пропорциональное амплитуде сигнала в радиотракте; фильтр подавляет составляющие с частотами модуляции и пропускает составляющие, вызываемые замираниями сигнала.

2. В обратной АРУ напряжение регулировки получают из напряжения на выходе регулируемого усилителя. Для прибли­жения характеристики АРУ к идеальной в цепь АРУ включают усилительные каскады. Цепь обратной АРУ принципиально не может обеспечить идеальной характеристики.

3. В прямой АРУ напряжение в цепь АРУ поступает со входа регулируемого усилителя. При прямой АРУ возможно получение идеальной характеристики, однако при этом в цепи АРУ необходим усилитель с большим коэффициентом усиле­ния. Прямая АРУ отличается сложностью и сильно подвер­жена действию дестабилизирующих факторов.

4. В комбинированной АРУ рационально используются ста­бильность обратной и возможность получения идеальной хара­ктеристики прямой АРУ.

5. В приемниках импульсных сигналов детектор радиоим­пульсов и пиковый детектор необходимы как для АРУ, так и для обработки сигнала. Детектор радиоимпульсов обычно ставят объединенный. Цепь АРУ в импульсном РПУ открыва­ют только на время действия полезных импульсов. Система ПАРУ обеспечивает изменение во времени усиления приемника так, что оно максимально при приеме слабых и минимально при приеме сильных импульсов.

6. Из-за наличия в цепи обратной АРУ инерционных элемен­тов при изменении входного напряжения в системе АРУ воз­никает апериодический или колебательный переходный процесс, который может нарушить нормальный прием сигнала.

Источник

Оцените статью
( Пока оценок нет )
Поделиться с друзьями
Настройки и регулировки