Меню

Регулировка усиления выходного сигнала автоматическая



АРУ — автоматическая регулировка усиления.

Как бы сделать так, чтобы не было слишком громко и слишком тихо? Вот бы такую штуку для рекламы по телевизору! Есть такая схема! Это автоматическая регулировка усиления. Вот о ней эта статья.

Когда в конце 60-х я начал много читать литературы о конструировании радиоприемников, я столкнулся с понятием «автоматическая регулировка усиления». Так как я активно слушал эфир, особенно на КВ, то постоянно сталкивался с замиранием сигналов. При записи с эфира на магнитофон приходилось все время крутить ручку уровня записи, т.е. производить ручную регулировку усиления (РРУ). Конечно, если бы все происходило автоматически, то и качество записи было бы хорошее. И чем лучше АРУ, тем меньше замирание. У «Рекорда» АРУ было слабенькое: при изменении сигнала на входе в 10 раз (20Дб) выходной сигнал менялся примерно в 2 раза (6 Дб). У «Ригонды» дела обстояли гораздо лучше: при изменении сигнала на входе в 100 раз (40Дб) выходной сигнал менялся также в 2 раза (6 Дб).

Системы АРУ имеются не только у радиоприемников, но и УНЧ, и передатчиков . Как же работает система АРУ? Задача АРУ состоит в изменении коэффициента усиления тракта усиления в зависимости от уровня входного сигнала. При увеличении входного сигнала коэффициент усиления должен уменьшаться и наоборот. Обычно не требуется строгого постоянства выходного напряжения радиотракта и для упрощения конструкции регулятора допускают некоторые изменение напряжения при условии, что при этом не будет заметного искажения сигнала. Существуют несколько типов АРУ: прямая, обратная и комбинированная.

При прямой АРУ входной сигнал усиливается усилителем А2, детектируется детектором U1, проходит через фильтр низких частот Z1, усиливается усилителем постоянного тока А3, с выхода которого управляющий сигнал подается на регулируемый усилитель А1. Эта АРУ не получила широкого распространения ввиду сложности ее реализации. Напряжение на входе регулируемого усилителя может изменяться в сотни и тысячи раз. Чтобы регулирующее напряжение могло воздействовать на регулируемый усилитель, начиная со слабых сигналов на входе, коэффициент усиления собственного усилителя АРУ должен быть значительным (порядка миллиона раз, и это, возможно, на высоких частотах). Но при сильном входном сигнале в таком усилителе неизбежно возникает перегрузка, поэтому он должен иметь свою АРУ. А это серьезно усложняет схему.

Как видите, схема обратной АРУ гораздо проще, поэтому она нашла наибольшее применение. Здесь входной сигнал усиливается усилителем А1. С его выхода сигнал попадает в петлю АРУ: детектор U1, ФНЧ Z1, усилитель постоянного тока А2. Регулирующий сигнал с выхода А2 подается на регулируемый усилитель А1 и он изменяет свой коэффициент усиления.

Следует помнить, что выработка управляющего напряжения в цепи АРУ из-за наличия в ней инерционных звеньев (в частности ФНЧ) происходит с некоторой задержкой. Поэтому постоянная времени фильтра должна быть выбрана в соответствии с частотой уровня сигнала. Если постоянная времени выбрана неправильно, то следствием этого может быть самовозбуждение усилителя. Для получения достаточной эффективности регулировку иногда приходиться осуществлять в нескольких каскадах самостоятельными цепями. Такие АРУ называются многопетлевыми.

Ну, с блок-схемами разобрались. Теперь разберемся с элементной базой. Наверно, первым голову приходит переменный резистор, ось которого соединена моторчиком. Да, переменный резистор — это здорово, но не современно. Лучше использовать транзисторы, ведь сквозной ток через транзистор, а, следовательно, и его сопротивление управляется током базы. А теперь схема электронного аттенюатора.

Петля АРУ состоит из конденсатора С2, детектора на диоде VD1, фильтра низких частот L1, C1, R4. Собственно делитель напряжения состоит из резисторов R1, R2, R3 и сопротивление транзистора VT1. При увеличении уровня сигнала на входе усилителя А1 на его выходе сигнал тоже увеличится. Небольшая часть его через конденсатор С2 попадает на выпрямитель (детектор) на диоде VD1, а затем постоянное импульсное напряжение сглаживается ФНЧ и попадает на базу регулирующего транзистора. Под действием увеличившегося тока через базу, сопротивление между коллектором и эмиттером транзистора уменьшается. В результате часть входного сигнала через резистор R3 уходит на общий провод, а напряжение на входе А1 уменьшается. Скорость реакции системы АРУ зависит от емкости конденсатора С1 и сопротивления резистора R4. Если сигнал уменьшится, то уменьшится ток базы VT1, а его сопротивление возрастет. Часть сигнала, уходящего через резистор R3, уменьшится, а сигнал на входе А1 возрастет. Такой электронный аттенюатор применен в схеме УНЧ для приемника прямого преобразования, разработанного В.Т. Поляковым и опубликованной в его книге «Радиолюбителям о технике прямого преобразования».

Читайте также:  Рычаг регулировки рулевой колонки приора

Здесь петля АРУ включает в себя конденсатор С10, выпрямителя с удвоением напряжения на диодах VD3, VD4, ФНЧ на конденсаторе С9 и R8, регулирующего транзистора VT2. Петля АРУ может отключаться с помощью тумблера S2. Так как усилитель собран на германиевых p-n-p транзисторах, полярность включения диодов выпрямителя противоположное по сравнению с предыдущей схемой.

Другой распространенный способ осуществления АРУ — это включение регулирующего транзистора в цепь обратной связи.

На схеме красным пунктиром обведен усилительный каскад на транзисторе VT2, схему которого мы разбирали в статье про УНЧ. Петля АРУ состоит из тех же элементов, что и на предыдущих схемах. Только регулирующий транзистор включен не в цепь делителя напряжения, в цепь отрицательной обратной связи по переменному току (выделена синим пунктиром). Здесь для того, чтобы уменьшить усиление , нужно увеличить отрицательную обратную связь, т.е. сопротивление транзистора VT1. Поэтому приходится ввести подстроечный резистор R5, через которое на базу VT1 подается положительное напряжение от источника питания. Это напряжение должно быть таким, чтобы при малых сигналах транзистор VT1 был открыт и ООС была бы минимальна. При увеличении входного сигнала диод VD1 формирует отрицательное напряжение, которое складывается с положительным, формируемым делителем R4, R5. В результате положительное напряжение на базе VT1 уменьшается и он начинает запираться. ООС увеличивается, усиление VT2 уменьшается.

Теперь еще одна схема из той-же книги:

Сигнал с выхода усилителя подается на разъем телефонов Х51 и на выпрямитель, собранный по схеме с удвоением напряжения на диодах УП2, УОЗ. Благодаря использованию кремниевых диодов с пороговым напряжением 0,5 В АРУ приобретает пороговые свойства и начинает действовать лишь при амплитуде выходного напряжения более I В. Выпрямленное напряжение отрицательной полярности приложено к затвору регулирующего транзистора VТ2. При возрастании выходного сигнала этот транзистор запирается, отчего возрастает глубина ООС и усиление ОУ падает. Резисторно-диодная цепочка R4, VD1 уменьшает нелинейные искажения при сильном сигнале. В качестве VT1 лучше использовать малошумящий транзистор типа КТ3102Е.

Коэффициент усиления при малом сигнале превосходит 100 дБ. АРУ начинает работать при входном сигнале около 10 мкВ. Когда входной сигнал превосходит 10 мВ, регулирующий транзистор VТ2 запирается полностью, а усиление ОУ становится близким к единице. Поскольку дальнейшее регулирование невозможно, снова наблюдается рост выходного сигнала. Таким образом, диапазон регулирования составляет около 60 дБ (1000 раз). Полный же диапазон входных сигналов УЗЧ (от уровня шумов до начала ограничения сигнала) достигает 90 дБ.

Я собирал в свое время оба усилителя из книги В.Т. Полякова. Работали отменно.

Источник

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».

Принцип работы этой схемы такая же как и у АРУ назад, 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 дверного замка москвич 2140

3. Комплексная АРУ.

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

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

Читайте также:  Как отрегулировать карбюратор на мопед рига

(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

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

Автоматическая регулировка усиления. Автоматическая регулировка усиления (АРУ) предназначается для сохранения заданного постоянства выходного напряжения приемника в условиях изменения уровня

Автоматическая регулировка усиления (АРУ) предназначается для сохранения заданного постоянства выходного напряжения приемника в условиях изменения уровня принимаемых сигналов. Существует два основных типа систем АРУ:

— система АРУ с обратной связью (система регулировки «назад» или обратная регулировка);

— система АРУ без обратной связи (система «вперед» или прямая регулировка).

Возможна также комбинированная схема, сочетающая обратную и прямую регулировки.

На рисунке 118 показана структурная схема обратной АРУ.

Она обеспечивает уменьшение усиления с увеличением уровня сигнала и увеличение усиления при уменьшении уровня сигнала. Сигнал с выхода тракта УПЧ подается на амплитудные детекторы сигнала Д и АРУ ДАРУ. С детектора напряжение через фильтр нижних частот ФНЧ подводится к регулируемым каскадам, в которых регулировка усиления осуществляется одним из способов.

Рисунок 118– Структурная схема АРУ с обратной связью (регулировка «назад»)

В случае режимной регулировки управляющее напряжение с детектора АРУ подается на управляющие электроды (в цепи базы, затвора и т.п.) усилительных приборов регулируемых каскадов. Если сигнал на входе приемника имеет нормальную величину, то на управляющих электродах усилительных приборов действует напряжение, соответствующее исходной (нормальной) рабочей точке. Увеличение уровня несущего сигнала приводит к увеличению напряжения выпрямленного напряжения. Это напряжение через фильтр подается на управляющие электроды усилительных приборов регулируемых каскадов и снижает их усиление.

Основная особенность схемы АРУ с обратной связью – невозможность обеспечения полного постоянства выходного напряжения, так как сам процесс регулирования предполагает наличие изменений напряжения сигнала. Можно уменьшить эти изменения до незначительной величины, но полностью устранить нельзя.

Система АРУ с прямым регулированием (рис.119) характерна тем, что регулируемые каскады находятся после узла, с которого поступает сигнал на детектор АРУ.

Если попытаться охватить регулировкой первые каскады приемника, то в цепи АРУ необходимо такое же усиление, что и в основном канале. Это сильно усложняет схему приемника. Если же снимать напряжение для АРУ с какого-то промежуточного каскада, то все предыдущие не будут подвергаться регулировке и могут перегружаться.

Рисунок 119 – Структурная схема прямой АРУ

Преимуществом АРУ «вперед» является возможность получить при определенных условиях строгое постоянство выходного напряжения приемника, а при необходимости – даже падение его с ростом входного сигнала. Однако ее очень сложно выполнить как в конструктивном отношении, так и с точки зрения подбора характеристик регулируемых элементов, и поэтому в приемниках АРУ «вперед» используется очень редко.

Рассмотрим более подробно различные виды обратной АРУ. Используются простая АРУ, АРУ с задержкой, АРУ с задержкой и усилением.

В простой АРУ напряжение с детектора АРУ, который можно совместить с детектором сигнала, через фильтр НЧ подается на регулируемые каскады при любых, даже при самых малых, уровнях входного сигнала.

Рисунок 120 – Амплитудные характеристики приемника:

1 – без АРУ; 2 – при простой АРУ; 3 – при АРУ с задержкой;

4 – при АРУ с задержкой и усилением

Из сравнения амплитудных характеристик приемника (рис.120) без АРУ (1) и с простой АРУ (2) видно, что при этой АРУ коэффициент усиления приемника уменьшается не только для больших сигналов, но и для самых маленьких, когда уменьшение усиления не имеет смысла. Это основной недостаток простой АРУ, и поэтому она применяется редко и только в простейших радиовещательных приемниках. Недостатки простой АРУ устраняются использованием АРУ с задержкой. Основное отличие АРУ с задержкой от простой в том, что пока уровень несущей на входе приемника не превосходит величины соответствующей номинальной чувствительности, детектор АРУ закрыт напряжением задержки Ез и система АРУ не работает.

Источник

Adblock
detector