Типы АРУ с обратным регулированием.

АРУ с обратным регулированием получили наибольшее распространение, но кроме простой обратной АРУ, рассмотренной ранее, на практике используются разновидности обратной АРУ: АРУ с задержкой и АРУ с задержкой и усилением.

В общем случае в систему АРУ входят регулируемые элементы, амплитудный детектор, фильтры и дополнительные усилители.

 

Схема простой обратной АРУ включает в себя амплитудный детектор с ФНЧ (обычно первого порядка, например, RС–цепь) и РУ. При увеличении уровня U_вх увеличивается U_вых РУ, поэтому величина U_p также увеличивается. ФНЧ выделяет постоянную составляющую U_p при детектировании U_вых РУ, которая поступает на управляющий вход РУ, смещая рабочую точку и изменяя крутизну входного каскада РУ, в результате изменяется КУ РУ и осуществляется регулирование. Чем больше уровень U_вх, тем меньше КУ РУ.

При большой постоянной времени ФНЧ Т_Ф напряжение на его выходе не успевает отслеживать изменения амплитуды усиливаемого сигнала, вызванными изменением условий распространения радиоволн (например, при связи с подвижными объектами), поэтому Т_Ф следует ограничить сверху. Выбирают постоянную времени Т_Ф так, чтобы она была меньше минимального периода замираний входного сигнала Т_Зmin, который обычно намного превышает максимальный период полезной (амплитудной) модуляции сигнала Т_АМтaх. Оптимальное значение Т_Ф выбирают значительно больше Т_АМтaх усиливаемого сигнала:

, (3.13)

где f_Мmin – минимальная частота модуляции сигнала.

На рис. 3.11 график 2 соответствует амплитудной характеристике РУ с простой обратной АРУ. Для сравнения на этом же рисунке график 1 показывает амплитудную характеристику усилителя без АРУ, у которого наблюдается почти линейная зависимость при U_вх < U_{вх н1}, но при значениях U_вх > U_{вх н1} наступает перегрузка (насыщение) усилителя, которая приводит к искажениям сигнала.

В простой обратной АРУ с ростом U_вх КУ РУ уменьшается, поэтому перегрузки не возникает (при U_вх > U_{вх н1}).

Недостатком простой АРУ является то, что регулировка в ней действует, начиная с самых слабых сигналов. В результате КУ РУ снижается не только для сильных сигналов, которые могут привести к перегрузке РУ, но и для самых слабых сигналов, для приема которых было бы необходимо использовать полное усиление.

Для компенсации этого недостатка и используется АРУ с задержкой (рис. 3.11 график 3), в которой петля регулирования АРУ включается только при превышении некоторого порогового значения. В итоге в такой АРУ сохраняется большой КУ при усилении слабых сигналов.

Для приближения к идеальной амплитудной характеристике в АРУ с задержкой необходимо увеличивать КУ петли регулирования. Для этого в петлю регулирования АРУ включается дополнительный усилитель, который подключается обычно после детектора и ФНЧ. Такая система называется АРУ с задержкой и усилением.

Режим работы дополнительного усилителя выбирается так, чтобы при отсутствии входного сигнала он был закрыт. При превышении порогового значения, как и в АРУ с задержкой, напряжение на выходе ФНЧ детектора превысит запирающее напряжение дополнительного усилителя, в итоге он включит петлю регулирования и усилит напряжение U_р, которое поступит на управляющий вход РУ.

Такие системы АРУ с задержкой и усилением отличаются большой эффективностью регулировки, так как при относительно небольшом изменении напряжения на входе детектора регулирующее напряжение изменяется в больших пределах.

 

Основные характеристики АРУ. Кроме амплитудной характеристики (U_вых = f (U_вх)), для описания АРУ часто используются такие характеристики: коэффициент регулирования, ПФ петли регулирования АРУ, регулировочная характеристика АРУ, время установления U_вых.

Коэффициент регулирования К_рег равен отношению динамического диапазона D_вх (D_вх = U_{вх max} / U_{вх min}) изменений уровня входного сигнала к допустимому динамическому диапазону D_вых (D_вых = U_{вых max} / U_{вых min}) изменений уровня выходного сигнала:

. (3.14)

Регулировочная характеристика – зависимость КУ РУ от величины регулирующего напряжения U_p К = f(U_p).

Примерный вид этой характеристики (K в дБ) изображен сплошной линией на рис. 3.12.

Очевидно, что КУ максимален при отсутствии U_p, (K = K_max при U_p = 0).

По регулировочной характеристике можно определить величину U_{p max}, при которой К = К_min.

 

Регулирующее напряжение U_p АРУ определяется уровнем U_вых (или U_вх) РУ.

ПФ петли регулирования АРУ – зависимость U_p = f(U_вх) для прямой АРУ и U_p = f(U_вых) дляобратной АРУ.

Эта зависимость для простой АРУ показана на рис. 3.13 (график 1).

При небольших U_вых зависимость U_p = f (U_вых)близка к линейная.

График 2 на рис. 3.13 показывает ПФ петли регулирования обратной АРУ с задержкой.

С помощью линейной аппроксимации графиков на рис. 3.13 можно определить КУ петли регулирования АРУ – К_АРУ :

. (3.15)

Из выражения (3.15) следует, что невозможно получить обратную АРУ, имеющую идеальную амплитудную характеристику (с постоянной амплитудой U_вых), так как при этом необходимо, чтобы К_АРУ ®¥.

Время установления U_вых (T_у) – интервал времени от момента включения входного сигнала до момента времени, когда амплитуда выходного напряжения достигает величины 90% U_{вых max}.

На рис. 3.14 приведена (в качестве примера) схема обратной АРУ, которая используется в лабораторной работе [6].

С выхода РУ часть сигнала поступает на диодный детектор, а затем на затвор полевого транзистора. Изменение амплитуды U_З влияет на сопротивление перехода транзистора, а значит, на напряжение на инвертирующем входе РУ. В результате осуществляется автоматическое изменение коэффициента усиления РУ.