Ручная и автоматическая регулировка усиления, борьба с помехами радиоприему. Назначение и основные принципы реализации автоматической регулировки усиления

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 1 показана структурная схема обратной АРУ. Она обеспечивает уменьшение усиления с увеличением уровня сигнала и увеличение усиления при уменьшении уровня сигнала.

Рис. 1. Структурная схема АРУ с обратной связью (регулировка «назад»)

Сигнал с выхода тракта УПЧ подается на амплитудные детекторы сигнала Д_с и АРУ Д_ару . С детектора АРУ напряжение через фильтр нижних частот подводится к регулируемым каскадам. 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 на входе детектора АРУ, а следовательно, и к увеличению 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. 2) 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.

Рис. 2. Структурная схема прямой АРУ.

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. 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 регулируем 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 самых малых, уровнях входного сигнала. Из сравнения показанных на рис. 3 амплитудных характеристик приемника 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.

Рис.3. Амплитудные характеристики приемника: 1 – без АРУ; 2 – при простой АРУ; 3 – при АРУ с задержкой; 4 – при АРУ с задержкой и усилением.

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. Как только сигнал превысит этот уровень, на входе детектора АРУ появится напряжение U_mc>\Ез\ и начинает действовать система регулирования, которая поддерживает выходное напряжение относительно постоянным. Схема АРУ с задержкой (рис. 3) содержит специальный детектор АРУ на диоде Д₂ .С помощью потенциометра R₁ R₃ создается напряжение Е_з, подаваемое «а диод детектора АРУ и запирающее его. Регулирующее напряжение снимается с нагрузки детектора АРУ R₂ через фильтры R_фC_ф подается на базы транзистора регулируемых каскадов. Амплитудная характеристика приемника, в котором применена АРУ с задержкой, показана на рис. 3 (кривая 3). В отличие от простой АРУ (кривая 2), АРУ с задержкой не влияет на коэффициент усиления приемника до тех пор, пока входное напряжение не превысит U_BXо, т. е. пока входное напряжение детектора АРУ не превысит напряжение запирания диода Е_З. Только после этого начинает работать схема АРУ и начинает замедляться рост выходного напряжения. Для увеличения пределов регулирования применяются схемы АРУ с задержкой и усилением. В этих схемах перед детектором АРУ ставятся дополнительные каскады УПЧ АРУ или после детектора АРУ каскады усиления постоянного тока. В связи с трудностями стабилизации выходного напряжения усилителя постоянного тока эта схема применяется реже. Из рис. 3 (кривая 4) видно, что эффективность усиленной АРУ выше, чем всех остальных схем. Фильтр R_фС_ф (рис. 4) в цепи регулирования определяет инерционные свойства системы АРУ и служит для решения двух основных задач. Первая задача заключается в фильтрации напряжения промежуточной частоты и устранении тем самым обратной связи по промежуточной частоте. Вторая задача связана со свойствами амплитудно-модулированных сигналов. При приеме таких сигналов на нагрузке детектора АРУ будет действовать не только постоянное напряжение, пропорциональное амплитуде несущей частоты, но и переменное напряжение с частотой модуляции. Если оба эти напряжения подать на регулируемые каскады, то усиление сигнала в приемнике будет сопровождаться его демодуляцией (уменьшением коэффициента модуляции). Для устранения этого явления инерционные свойства фильтра АРУ должны быть такие, чтобы на его выходе обеспечивалось отфильтровывание составляющих, изменяющихся с частотами модуляции. Обычно фильтр АРУ состоит из резистора и конденсатора. Для устранения связи между несколькими регулируемыми каскадами, которая может привести к самовозбуждению, между регулируемыми каскадам и в цепь регулирования ставятся развязывающие фильтры (R'_фС'_ф на рис. 4).

Рис. 4. Схема АРУ с задержкой.

Рассмотрим вопрос о возможных пределах регулировки усиления в одном каскаде и необходимом числе регулируемых каскадов, обеспечивающем заданные общие пределы АРУ, если в одном каскаде их обеспечить не удается. Реально можно получить в одном каскаде режимную регулировку в пределах 5—10 раз и до 20—30 раз при других видах регулировок. Если учесть, что уровень сигнала на входе приемника может изменяться в 10⁴ — 10⁵ раз, а на выходе приемника эти изменения не должны превышать 1,5 — 4 раза, то становится очевидной необходимость использования для регулировки усиления ряда каскадов приемника.