ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

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.

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

 

K0=mlm2SRэкв, (14.1)

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 К0 может осуществляться изменением любой величины, входящей в формулу.

При синтезе устройств регулировки требуются существенное из­менение К0 от напряжения регулировки Ерег, малый ток регулиров­ки, малая зависимость изменения других параметров усилителя при изменении К0. 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 К0 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 = U0 – Ерег. По мере увеличения Ерег напряжение UБЭ0 уменьшается, что влечет за собой уменьшение тока IК0 и крутизны S, в результате чего ко­эффициент усиления К0 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=U0 —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 К0 наибольшие. При Ерег< Uк , диод открывается и его входное сопротивление шунтирует контур. В этом случае Rэкв, а следовательно, и K0 уменьшаются. Основной недостаток такого способа регулировки состоит в том, что при изменении Rэкв изменяется не только К0, но и эквивалентное затухание контура, а это вызывает изменение полосы пропускания усилителя. Тем не менее при сильном сигнале допустимо некоторое ухудшение селективности.

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.


Рисунок 14.3 Регулировка изменением т1 и т2

 

Аттенюаторная регулировка. При таком способе регулировки между усилительными каскадами включают аттенюатор с переменным коэффициентом передачи. Используются регулируемые делители, емкостные делители на варикапах, мостовые схемы. Так, на рисунке 14.4, а показана схема регулируемого аттенюатора на диодах VD1 — VD3. При Ерег< U0 диоды VD1 — VD2 открыты, а диод VD3 закрыт; при этом коэффициент передачи максимален. По мере увеличения Ерег динамические сопротивления диодов VDt и VD2 увеличиваются, а динамическое сопротивление диода VD3 уменьшается, следовательно, уменьшается коэффициент передачи атте­нюатора.

На рисунке 14.4, б представлена схема делителя, в которой в качестве управляемого сопротивления применяют полевой транзистор; под действием Ерег изменяется сопротивление канала транзистора.

Широко используются аттенюаторы на pin-диодах, обладающих большим диапазоном изменения сопротивления и малой емкостью, нa рисунке 14.4, в показана схема аттенюатора на pin-диодах, работой которых управляют изменением смещения на базе транзистора VT1 помощью резистора Rрег.

Рисунок 14.4 Схемы регулируемого аттенюатора, делителя и аттенюатора на pin-диодах

 

При нулевом напряжении регулировки диоды VD1 и VD2 закрыты, a VD3 открыт, и затухание аттенюатора минимально. При максимальном напряжении регулировки диоды VD1 и VD2 открыты, а VD3 закрыт, и затухание аттенюатора мак­симально.

Рисунок 14.5 Регулировка К0 с помощью регулируемой ООС

 

Регулировка К0 с помощью регулируемой ООС. Этот способ регулировки К0, как и аттенюаторная регулировка, не выте­кает из формулы (14.1). Типовая схема изменения К0 регулируемой ООС показана на рисунке 14.5. В этом случае ООС вводится в цепь эмиттера транзистора. В усилительных каскадах параллельно RЭ обычно включают конденсатор СЭ, большой емкости для устранения ООС.

В схеме рисунок 14.5 глубину ООС можно регулировать изменением емкости конденсатора Cрег; блокировочный конденсатор Сбл служит для разделения по постоянному току цепей регулировки и питания транзистора. Как правило, в качестве Срег используют варикап VD. С увеличением Ерег диод VD закрывается сильнее, его емкость Срег уменьшается, напряжение ООС увеличивается, коэффициент усиления К0 уменьшается.

Регулировка усиления в трактах звуковой и видеочастот. Способы регулировки коэффициента усиления каскадов после детекторной части приемника в основном те же, что и способы регулировки К0 резонансных усилителей. Чаще в усилителях звуковых частот применяют плавную потенциометрическую регулировку усиления (рисунок 14.6); в широкополосных усилителях такую регулировку используют обычно в низкоомных цепях.

Рисунок 14.6 Потенциометрическая регулировка усиления

 

Наряду с потенциометрической часто осуществляют (особенно в широкополосных каскадах и ОУ) регулировку усиления с помо­щью регулируемой ООС. В некоторых случаях находит применение режимная регулировка. В последнее время для электронной регули­ровки усиления и стереобаланса используют специализированные ИС, например К174УН12.

Выводы: 1. Режимная регулировка коэффициента усиле­ния К0 осуществляется изменением крутизны усилительного элемента при изменении смещения на УЭ. Недостаток режим­ной регулировки состоит в том, что с изменением смещения на УЭ помимо крутизны S существенно изменяются и остальные параметры биполярного транзистора.

2. При регулировке К0 за счет изменения сопротивления Rэкв контура резко изменяется полоса пропускания усилителя, что ограничивает применимость этого способа регулировки.

3. При аттенюаторной регулировке К0 напряжение с кон­тура усилителя подается на делитель с регулируемым коэф­фициентом передачи, в качестве которого широко используются диодные делители, емкостные делители на варикапах, мо­стовые схемы, делители на полевых транзисторах и т. д.

4. Для регулировки усиления усилителей используют и регу­лируемую ООС.

Принцип действия и виды АРУ

 

Автоматическая регулировка усиле­ния (АРУ) предназначена для поддержания постоянного напряже­ния на выходе УПЧ, необходимого для нормальной работы выход­ных устройств приемника. Уровень сигнала на входе приемника изменяется в 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 Ерег на выходе которого зависит от уровня сигнала в радиотракте приемника. Таким устройством может слу­жить, например, амплитудный детектор. Напряжение Ерег, 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 подразделяют на обратные, прямые и комбинированные.

Структурная схема обратной АРУ. В этой схеме (рисунок 14.7) напряжение регулировки Eрег получают из напряжения Uвыx на выходе регулируемого усилителя, в котором могут применяться способы регулировки усиления, рассмотренные выше.

Рисунок 14.7 Структурная схема обратной АРУ

 

Напряжение Ерег по­дается со стороны выхода в направлении входа усилителя, что и обусловило название этого вида АРУ. Детектор АРУ обеспечивает напряжение Ерег на его выходе, пропорциональное амплитуде напряжения Uвыx: Ерег = КдетАРУUвыx

Фильтр АРУ отфильтровывает составляющие частот модуляции и пропускает медленно изменя­ющиеся составляющие напряжения Ерег. Цепь АРУ, состоящую только из детектора и фильтра, называют простой. В цепь АРУ может включаться усилитель до или после детектора. Усилитель до детектора АРУ — это УПЧ, после детектора — УПТ. В высокока­чественных РПУ усилитель иногда включают до и после детектора. При наличии в цепи АРУ усилителя АРУ называют усиленной.

Работа регулируемого усилителя совместно с цепью АРУ описы­вается характеристикой АРУ, показывающей зависимость Uвыx=F(Uвx) (рисунок 14.8). Если АРУ простая, то при увеличении Uвх нап­ряжение Uвых = K0Uвх из-за уменьшения за счет АРУ резонансного коэффициента усиления К0 увеличится в меньшее число раз, чем напряжение Uвx. С увеличением Uвыx увеличивается Ерег и соответст­венно уменьшается К0. 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 Uпоp; при этом слабые сигналы цепью АРУ не ослабляются. При идеальной работе цепи АРУ с задержкой для Uвx Uпор напряжение на выходе усилителя постоянно (пунктирная прямая на рисунке 14.8). По мере увеличения коэффициента усиления усилителя в цепи АРУ характеристика АРУ реального усилителя все в большей степени приближается к идеаль­ной.

Рисунок 14.8 Характеристики АРУ

 

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 необходимо приращение выходного напря­жения ΔUвыx.

Если допустить, что АРУ идеальна, то ΔUвыx =0, при этом Ерег=const, К0 = const, регулировка отсутствует, а следователь­но, Uвыx должно возрастать.

Структурная схема прямой АРУ (см. рисунок 14.9, б). Цепь АРУ подключена к входу регулируемого усилителя, напряжение регули­ровки Ерге получается в результате детектирования входного напря­жения. При увеличении Uвx напряжение на выходе детектора АРУ возрастает, при этом увеличивается Ерег, что вызывает уменьшение К0. Напряжение Uвых = K0Uвх. Если Uвх увеличивается, то К0 умень­шается; при этом их произведение может оставаться постоянным.

Прямая АРУ позволяет получить идеальную характеристику регу­лировки (рисунок 14.8б), 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 с большим коэффициентом усиления.

Если, например, напряжения Ерег= 0,1—1 В, Uвx =10—100 мкВ, то усили­тель в цепи АРУ должен иметь усиление К0~ 10-105, 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 К0 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.

 

 





Последнее изменение этой страницы: 2016-04-26; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.232.96.22 (0.015 с.)