Автоматическая регулировка усиления в радиоприемниках

Ручные и автоматические регулировки в радиоприёмных устройствах

Рассказать о нестационарных условиях приёма, о том на что они влияют. Изменение амплитуды сигнала, причины. Изменение частоты, доплер, плавание частот настройки, причины.

Для компенсации различных видов нестабильностей и неопределённостей в радиоприёмных устройствах используют различного вида регулировки. Регулировки делят на два вида: ручные, выполняемые оператором и автоматические, выполняемые специальными цепями и устройствами в составе приёмника.

Различают регулировки усиления, частоты настройки, селективности и т.д.

Ручные регулировки допускают применение электромеханических устройств. Например, роторные переменные конденсаторы или резисторы, переключаемые катушки индуктивности. Автоматические регулировки выполняются при помощи только электронных методов.

Автоматические регулировки применяются для того, чтобы освободить оператора от тех функций, которые система способна выполнять самостоятельно. А так же в для обеспечения приёма при быстро изменяющихся условиях, когда оператор не может действовать с достаточной быстротой и точностью.

К наиболее распространённым автоматическим регулировкам следует отнести автоматическую регулировку усиления (АРУ) и автоматическую подстройку частоты (АПЧ).

Автоматическая регулировка усиления

Автоматическая регулировка усиления обеспечивает поддержание на выходе усилителя промежуточной частоты уровня сигнала, достаточно высокого и стабильного для воспроизведения сообщений от радиостанций различной мощности, находящихся на разных расстояниях и в меняющихся условиях распространения радиоволн.

То есть когда напряжение на входе усилителя минимально (UВХ_min) коэффициент усиления должен быть наибольшим (Кmax) для того, чтобы на выходе обеспечивать напряжение UВЫХ_min достаточное для нормального воспроизведения сообщений. UВХ_min соответствует чувствительности приёмника. При увеличении входного напряжения коэффициент усиления должен уменьшаться.

Зависимость К от UВХ, исходя из выражения

,

выглядит следующим образом

Объяснить смысл точки А с точки зрения шумов и безсмысленого усиления.

Типы АРУ

В общем случае система АРУ должна изменять коэффициент усиления УПЧ таким образом, что бы поддерживать постоянным выходное напряжение. Это можно сделать тремя способами.

1. Непосредственно регулировать коэффициент усиления, исследуя выходной сигнал. Это, так называемая, обратная АРУ, или другое название АРУ «назад».

В данной системе сигнал с выхода УПЧ поступает на детектор АРУ (Д), где он выпрямляется, затем на усилитель АРУ (У), где он усиливается до величины, необходимой для регулирования К усиления, затем этот сигнал очищается от переменных составляющих при помощи ФНЧ и с помощью постоянного напряжения Uрег уже и происходит регулировка коэффициента усиления. Наличие переменных составляющих в регулирующем напряжении приведёт к дополнительной паразитной амплитудной модуляции в выходном сигнале УПЧ.

2. Регулировать коэффициент усиления, исследуя входной сигнал и используя знание зависимости К от Uрег. Это, так называемая, прямая АРУ, или другое название АРУ «вперёд».

Логика работы этой схемы такая же как и у АРУ вперёд, сложность заключается в том, что коэффициент усиления усилителя АРУ должен быть очень велик – сравним с Кус УПЧ, что трудно реализовать. К тому же зависимость коэффициента усиления от регулировочного напряжения не всегда линейна, известна и стабильна. Поэтому такая система практически не используется. За исключением случаев, когда коэффициент регулируемого усилителя не высок. Например, в составе комплексной АРУ.

Читайте также:  Регулировка ручки кпп лачетти

В зависимости от режимов работы усилителя и детектора АРУ различают такие виды АРУ как:

1. Простая АРУ: то есть коэффициент усиления усилителя АРУ равен 1, либо усилитель отсутствует, детектор не имеет задержки по напряжению.

2. Усиленная АРУ: то есть коэффициент усиления усилителя АРУ значителен. Это приводит к тому, что зависимость выходного напряжения от входного уменьшается.

3. Усиленно-задержанная АРУ: то есть коэффициент усиления усилителя АРУ значителен. А так же детектор имеет задержку по напряжению, то есть он начинает открываться только если выходное напряжение регулируемого усилителя превысит некий порог.

Характеристики АРУ

1. Регулировочная характеристика усилителя. Это зависимость коэффициента усиления К от регулировочного напряжения Uрег (тока).

Может выглядеть, например, следующим образом. Часто применяется её аппроксимация прямой. Дать понятие крутизны регулировки.

2. Статическая характеристика АРУ.

Это амплитудная характеристика усилителя с АРУ, каждая точка которой соответствует установившемуся режиму регулирования.

Источник

Принцип автоматической регулировки усиления в приемниках (АРУ).

Напряжение входного сигнала приёмника может изменяться в очень больших пределах на 40…80 дБ (10 2 …10 4 раз), что вызывает изменение уровня, а, следовательно, и мощности сигнала на выходе приёмника. Для защиты оконечных устройств от перегрузки необходимо регулировать усиление приёмника в таких же пределах. Ручная регулировка усиления позволяет обеспечить нормальную работу приёмника только при очень медленных изменениях уровня входного сигнала, например, при перестройке с одной радиостанции на другую, да и то – сопряжена с эксплуатационными неудобствами. При больших скоростях изменения уровня входного сигнала, например при быстрых замираниях радиоволн, необходимо использовать автоматическую регулировку усиления (АРУ).

Таким образом, АРУ должна обеспечить относительное постоянство напряжения сигнала на выходе детектора и приёмника при изменении напряжения сигнала на входе РПУ.

Рассмотрим наиболее часто применяемую инерционную систему АРУ непрерывного действия с обратным регулированием (за счёт обратной связи по постоянному току) (Рис.2).

Рис.2 Структурная схема АРУ.

Приведённая на Рис.2 схема АРУ обеспечивает уменьшения усиления УРЧ и УПЧ при увеличении уровня входного сигнала UВХ и, наоборот, увеличение усиления при снижении уровня сигнала. Регулировка осуществляется за счёт отбора энергии полезного сигнала UС и преобразования его в постоянное регулирующее напряжение UРЕГ, изменяющееся пропорционально амплитуде входного сигнала UВХ. Этим напряжением регулируется усиление каскадов УРЧ и некоторых каскадов УПЧ так, чтобы уровень выходного напряжения UВЫХ практически не изменялся.

Сигнал промежуточной частоты UС = UПР с выхода УПЧ детектируется амплитудным детектором АРУ (АДАРУ) и фильтруется в ФНЧ с постоянной времени tФНЧ = 0,1…0,3 сек.

Большее значение tФНЧ > 0,3 сек приведёт к недопустимому увеличению инерционности системы АРУ, что будет заметно на слух при резком изменении уровня входного сигнала.

Читайте также:  Racer 110 регулировка клапанов

Меньшее значение tФНЧ

Регулировка усиления каскадов может осуществляться различными способами:

— изменением крутизны характеристики усилительных элементов (КU = S RН);

— изменением сопротивления нагрузки усилительных элементов (КU = S RН);

— изменением напряжения питания усилительных элементов (КU

Два последних способа менее эффективны, так как пределы регулировки усиления не превышают 2…4 раза на один каскад. Регулировка за счёт изменения режима работы транзистора по базовой цепи (изменением крутизны входной динамической характеристики) позволяет изменять усиление каскада в 8…10 раз.

Для этой цели разработаны специальные транзисторы с переменной крутизной, в которых растянутый начальный участок входной динамической характеристики позволяет плавно и в широких пределах изменять её крутизну (Рис.3). К таким транзисторам можно отнести ГТ328, ГТ346, КТ3127, КП307 и много других.

На Рис.3 видно, что при увеличении начального базового смещения U’ > U рабочая точка перемещается на участок с большей крутизной входной динамической характеристики. При этом амплитуда базового тока увеличивается I’Бm > IБm за счёт увеличения усиления транзистора.

Изменение U происходит автоматически по системе АРУ при помощи регулирующего напряжения UРЕГ.

Рис.3 Пояснение принципа регулировки усиления транзистора изменением напряжения базового смещения U.

При выборе каскадов для регулировки усиления в системе АРУ необходимо учитывать следующее:

1. Амплитуда усиливаемого сигнала должна быть малой, чтобы использование нелинейных участков характеристик транзисторов не привело к появлению нелинейных искажений. С этой точки зрения пригодны все каскады УРЧ и первые каскады УПЧ.

2. Нельзя использовать в качестве регулируемых узкополосные полосовые усилители с нагрузкой в виде ФСС или пьезофильтров. Значительное изменение режимов работы транзисторов может привести к изменению межэлектродных ёмкостей транзистора, а следовательно к расстройке избирательной системы.

3. Нельзя регулировать усиление в смесительных каскада преобразователей частоты, так как при этом нарушается оптимальный режим их работы.

На Рис.4 приведены амплитудные характеристики приёмника для различных типов АРУ.

Если в приёмнике отсутствует АРУ, то зависимость амплитуды выходного напряжения от амплитуды входного UВЫХ = ƒ(UВХ) соответствует кривой 1. При слабых сигналах она линейна, а при сильных в последних каскадах приёмника наступает перегрузка и усиление приёмника уменьшается, что приводит к появлению искажений.

При наличии простой АРУ (кривая 2) регулирующее напряжение создаётся и используется при любых амплитудах входного сигнала. Недостатком простой АРУ является то, что усиление приёмника снижается не только для сильных сигналов, но и для самых слабых (хотя и в меньшей степени), для приёма которых необходимо использовать полное усиление приёмника.

Рис.4 Амплитудные харктеристики приёмника. 1 – без АРУ; 2 – с простой АРУ; 3 – при задержанной АРУ; 4 – при задержанной и усиленной АРУ.

Этот недостаток устраняется в задержанной АРУ (кривая 3), где регулирование начинается тогда, когда напряжение на входе приёмника достигнет определённого уровня. Подобный режим можно получить, если подать на диод детектора АРУ некоторое запирающее напряжение, называемое напряжением задержки UЗАД. Его обычно выбирают равным амплитуде напряжения на входе детектора, которое соответствуюет номинальной чувствительности приёмника UЗАД = UВХ.МИН. Таким образом при увеличении уровня сигнала от 0 до UВХ.МИН система АРУ не действует и увеличение выходного напряжения происходит по кривой 1. После того как уровень сигнала превысит UЗАД, начинает действовать АРУ и выходное напряжение будет изменяться далее по кривой 3. Для регулирования усиления в высокочувствительных каскадах УРЧ применение АРУ с задержкой обязательно.

Читайте также:  Регулировка редуктора газового турция

Для улучшения стабилизирующего действия системы АРУ в её шину вводят дополнительные усилители постоянного тока УПТ. Такая АРУ называется задержанной и усиленной (кривая 4).

Эффективность АРУ характеризуется следующими показателями:

— величиной изменения входного напряжения Д= UВХ.МАХUВХ.МИН;

— допустимой величиной изменения выходного напряжения В = UВЫХ.МАХUВЫХ.МИН;

— величиной изменения коэффициента усиления системой АРУ: Д ⁄ В (раз).

Для приёмников высшей группы сложности по отечественному стандарту Д = 40 дБ (100 раз), В = 6 дБ ( 1,7 раз).

Схема простой АРУ.

В незадержанной АРУ (Рис.5) детектор приёмника и детектор АРУ можно совместить в одном VD1C5R5C6. Включение диода VD1 позволяет выделить на нагрузке R6С6 постоянную составляющую напряжения отрицательной полярности, из которого после фильтрации в ФНЧ RАРУСАРУ образуется регулирующее напряжение – UРЕГ.

Начальное базовое смещение +U транзистора VT1 первого каскада УПЧ образуется как сумма положительного напряжения +UПИТ, подаваемого от источника К через R2, L2 и отрицательного регулирующего напряжения — UАРУ. Причём +U = +UПИТ – UАРУ, т.е. IUПИТI > IUАРУI.

Рис.5 Принципиальная схема простой АРУ.

Чем больше амплитуда принимаемых сигналов UВХ, тем больше регулирующее напряжение – UАРУ, что приводит к уменьшению начального базового смещения +U, крутизны характеристики транзистора S и усиления каскада УПЧ КU. В результате компенсации, выходное напряжение приёмника UВЫХ будет стабильно и мало зависеть от изменения уровня входного сигнала UВХ.

Постоянная времени АРУ, как было отмечено раньше, tАРУ = RАРУCАРУ = 0,1…0,3 сек. Учитывая, что в биполярных транзисторах базовый ток I относительно большой и принимает значения десятки и сотни мкА, то сопротивление резистора RАРУ не может быть больше нескольких десятков кОм (по схеме RАРУ = 20 кОм). Конденсатор САРУ рассчитывается из соотношения САРУ = (0,1…0,3 с) ⁄ RАРУ = 10 мкФ.

Использование в регулирующих каскадах полевых транзисторов с большим входным сопротивлением позволяет увеличить RАРУ до 1…1,5 МОм. Тогда номинал САРУ составит всего 0,1 мкФ.

Сопротивление резистора обратной связи R1 должно быть незначительным, чтобы ООС не снижала эффективность регулировки системы АРУ.

Из-за уменьшении чувствительности приёмника при слабых сигналах простую АРУ нельзя использовать для регулировки усиления в каскадах УРЧ, так как при этом снижается отношение сигнал/шум.

Дата добавления: 2016-07-05 ; просмотров: 13014 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

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