Автоматическая регулировка усиления

Принцип действия и виды АРУ. Автоматическая регулировка усиления(АРУ) предназначена для поддержания постоянного напряжения выходе усилителя, необходимого для нормальной работы выходных устройств. Уровень сигнала на входе приемника изменяется обычно в очень широких пределах; при максимальном напряжении на входе РПУ система АРУ должна обеспечить минимальный коэффициент усиления радиотракта приемника и наоборот. Таким образом, задача АРУ — изменять усиление радиотракта РПУ в зависимости от уровня входного сигнала. Система АРУ должна иметь устройство, напряжение Eper на выходе которого зависит,- от уровня сигнала в радиотракте приемника. Таким устройством может служить, напри­ мер, амплитудный детектор. Напряжение Eрег, подаваемое на усилительные каскады, изменяет их коэффициент усиления. Для АРУ в приемнике создается цепь АРУ, состоящая из детектора АРУ и фильтра. В зависимости от способа подачи регулируемого напряжения АРУ подразделяются на обратные, прямые и комбинированные.

В этой схеме (рис. 13.7, а) напряжение регулировки Еper получают из напряжения Uвых на Uвх регулируемого усилителя, в котором могут при­ меняться регулировки усиления, рассмотренные в § 13.2. Напряжение; Ерег подается со стороны выхода в направлении входа усилителЯдЧЮ и обусловило название этого вида АРУ. Детектор АРУ обеспечивает напряжение Еper на его выходе, пропорциональное амплитуде напряжения Uвых: Еper = UдетдруUвых- Фильтр ЛР У отфильтро­ вывает составляющие частот модуляции и пропускает медленно меняю­ щиеся составляющие напряжения Еper. Цепь АРУ, которая состоит только из детектора и фильтра, называют простой АРУ. В цепь АРУ может включаться усилитель до или после детектора. Усилитель

Регулируемый усилитель

Регулируемый до детектора АРУ - это усилителе упч, после детектора " УПТ. В высококачественных РПУ усилитель иногда вклю чают и до, и после детектора. При наличии в цепи АРУ усилителя АРУ называют усиленной.

Если АРУ простая, то при увели чении Uвх напряжение Uвых АРУ = Ко Uвх из-зауменьшения за счет АРУ резонансного коэффициента усиления Ко увеличится в меньшее число раз, чем напряжение U»,. С увеличением Uвы, увеличивается Eper и соответственно уменьшается Кo1 Недостаток прос­той АРУ состоит в том, что коэффициент усиления радиотракта приемника уменьшается и при приеме сигналов малого уровня, когда этого не тре­буется. Для устранения этого недостатка используют АРУ с задержкой, в которой цепь АРУ начинает действовать только в том случае, когда вход­ное напряжение Uвх превышает пороговое Uпор; при этом слабые сигна­лы цепью АРУ не ослабляются (рис. 13.8). При идеальной работе цепи АРУ с задержкой для Uвx, > Uпор напряжение на выходе усилителя постоянно (пунктирная прямая на рис. 13.8). По мере увеличения коэффициента усиления усилителя в цепи АРУ характеристика АРУ реального усилителя все в большей степени приближается к идеальной. Особенностью обратной АРУ является то, что она не позволяет получить идеальную характеристику АРУ; в этом случае можно лишь приблизиться к ней. Обратная АРУ не может быть идеальной, пос­кольку для ее работы принципиально необходимо приращение выходно­го напряжения Uвых- Если допустить, что АРУ идеальна, то Uвых = 0 при этом Eper = const. Кo = const, регулировка отсутствует, а следовательно, Uвых должно возрастать. Структурная схема прямой АРУ (рис. 13.7,6). Цепь АРУ подключена к входу регулируемого усилителя, напряжение регулировки Eper получается в результате детектирования входного напряжения. При увеличении напряжение на выходе детектора АРУ возрастает, при этом увеличивается Eper, что вызывает уменьшение Ко. Напряже­ние Uвых = KoU. Если Uвых увеличивается, то Ко уменьшается; при этом их произведение может оставаться постоянным. Прямая АРУ позволяет получить идеальную характеристику регулировки (рис. 13.9), но практически добиться этого не удается. Такой АРУ свойствен ряд недостатков, основной из которых состоит в необходимости включать перед детектором в цепи АРУ дополнительный усилитель

АРУ с задержкой тленная АРУ Идеальная АРУ

Простая АРУ

Рис. 13.8

с большим коэффициентом усиления. Если, например, напряжения E = 0,1 - 1 В, 10 - 100 мкВ, то усилитель в цепи АРУ должен иметь усиление Ко 10⁴ - 10⁵, практически такое же, как и в основном тракте приемника. Прямая АРУ нестабильна, т. е. подвержена действию различных дестабилизирующих факторов. Если, например, из-за изменения температуры или напряжения источника питания коэффициент усиления Ку регулируемого усилителя увеличится, то характеристика АРУ из идеальной превращается в характеристику с нарастающим l/gyx (P™- 13.9). Структурная схема комбинированной АРУ (рис. 13.7,в). В этом случае рационально используются преимущества обеих схем АРУ: стабильность обратной АРУ и возможность получения идеаль­ ной 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 одно­ каскадный, его основная задача — несколько скомпенсировать возраста­ ние напряжения на выходе первого усилителя. То, что идеальная регулировка не достигается на практике, не имеет большого значения, так как пределы изменения Uвых невелики. Назначение фильтра в цепи АРУ. Амплитуда сигнала в приемнике может изменяться по двум причинам: 1) при использовании 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. Скорость полезных и вредных изменений амплитуды сигнала различна. При AM амплитуда сигнала подвержена быстрым изменениям, например при телефонной связи и звуковом радиовещании частоты модуляции составляют 50—5000 Гц. Замирания сигнала в основном медленные, обычно частота замираний - 0,1 -10 Гц. Согласно диаграм­ мам рис. 13.10 напряжение Ед на выходе детектора АРУ содержит полезную (сплошная кривая) и вредную из-за замираний сигнала

АРУ приемников импульсных сигналов.

Структурная схема АРУ в приемниках импульсных сигналов показана на рис. 13.12. Для АРУ таких приемниках характерны две особенности: 1) импульсный сигнал детектируется дважды: аначале детектором радиоимпульсов, а затем пиковым детектором. Детекторы необходимы не только для нормальной работы АРУ, но и для детектирования сигнала в самом приемнике. Чтобы не ставить два детектора (в цепь сигнала и в цепь АРУ), часто детектор радиоимпульсов делают общим. Общим может быть и видеоусилитель; 2) в интегралах между импульсами могут возникать различные помехи; при импульсной многоканальной связи между импульсами данного канала действуют импульсы других каналов. В этом случае АРУ реагирует на все импульсы, а не только на те, которые должны быть выделены. Для устранения этого недостатка цепь АРУ открывают только на время действия полезных импульсов, т.е. применяют стробирование. Для этого один из каскадов цепи АРУ (обычно видеоуселитель) делают сорбируемым, который открывается стробирующим импульсом (СИ) на время действия полезного импульса.

Рис. 13.14

и т. д. В РЛП уровень сигналов, отраженных от объектов, умень­шается с увеличением дальности от объекта (уменьшается в D раз, где D — расстояние до объекта). Если усиление радиотракта выбрать, исходя из обеспечения приема более слабых сигналов, то импульсы от близких объектов вызовут перегрузку каскадов радиотракта; при этом приемник будет закрываться сильным импульсом и на время запирания потеряет способность приема сигналов. Если усиление выбрать по сильному импульсу, то прием слабых импульсов будет затруднен. По этой причине целесооб­разно изменять во времени коэффициент усиления Ку радиотракта по определенной программе (рис. 13.14, а), при этом Дрет — периодически изменяющаяся функция времени, обратная закону изменения Ку. Напряжение Ерег вырабатывается цепью регулировки (рис. 13.14,6), ко­торая синхронизируется импульсами СИ. Эти же СИ запускают передатчик радиолокационной станции, они действуют в момент излу­чения ЗИ. Быстро действующая АРУ (БАРУ). Такая АРУ служит для устранения перегрузки усилителя при действии мощной помехи. Для этой цели усилитель выполняется с переменным смещением; при мощ­ной помехе цепь АРУ вырабатывает напряжение Eper, смещающее рабочую точку транзистора усилителя влево (отрицательное смещение на УЭ возрастает). При этом усилитель не перегружается и ин­ формация об импульсном сигнале не теряется. Отличительная особенность БАРУ — высокая скорость ее срабатывания при мощной помехе; цепь БАРУ инерционна для сигнала и срабатывает только от помехи. Постоянная времени фильтра БАРУ во много раз меньше постоянной времени 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 усиления приемника так, что оно максимально при приеме слабых и минимально при приеме сильных импульсов.

Дата добавления: 2014-01-07