СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1 АВТОМАТИЧЕСКАЯ РЕГУЛИРОВКА УСИЛЕНИЯ 4

2 СХЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ РЕГУЛИРОВКИ УСИЛЕНИЯ 14

3 АВТОМАТИЧЕСКАЯ ПОДСТРОЙКА ЧАСТОТЫ 19

; 20

4 РЕГУЛИРОВКА ПОЛОСЫ ПРОПУСКАНИЯ 26

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 30

Введение

Автоматическая регулировка усиления— процесс, при котором выходной сигнал некоторого устройства, как правило электронного усилителя, автоматически поддерживается постоянным по некоторому параметру (например, амплитуде простого сигнала или мощности сложного сигнала), независимо от амплитуды (мощности) входного сигнала. В аппаратуре, использующейся для прослушивания радиовещательного эфира, АРУ также называют устарелым термином автоматическая регулировка громкости (АРГ), а в приёмниках проводной связи — автоматической регулировкой уровня. В импульсных приёмниках (радиолокационных и других) применяют АРУ, учитывающие особенности работы в импульсном режиме.

АРУ применяется для исключения перегрузки выходных каскадов приёмников при больших входных сигналах. Используется в бытовой аппаратуре, в приёмниках спутников связи и тд.

Существует три типа АРУ: простая, усиленно-задержанная и просто задержанная. Или по типу сигнала схемы АРУ бывают двух типов:

• для импульсного сигнала;

• для непрерывного сигнала.

Также, если искажения сигнала не важны, применяют схему ограничителя.

1 Автоматическая регулировка усиления

Уровни сигналов на входе радиоприемника могут быть под­вержены быстрым и большим изменениям из-за нарушения усло­вий распространения радиоволн, нестабильности мощности пере­датчика, эффекта Доплера, изменений условий интерференции при многолучевом приеме в переносных, автомобильных и других под­вижных приемниках и т. д. С целью поддержания выходного сиг­нала на заданном уровне при быстрых и больших изменениях входного сигнала применяется АРУ, которая осуществляется путем ав­томатического изменения коэффициента усиления.

Обычно вАРУ применяют те же способы регулировки усиле­ния, что и в РРУ, однако изменение регулирующего напряжения производится автоматически в зависимости от уровня входного сигнала. Зависимость коэффициента усиления каскада, охвачен­ного АРУ, от регулирующего напряжения называется регулиро­вочной характеристикой. Пример регулировочной характеристики показан на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 –Регулировочная характеристика АРУ

Реальные регулировочные характери­стики описываются, как правило, весьма сложными зависимостямиK=f(U_p).На практике регулировочные характеристи­ки аппроксимируют либо линейной К=K_макс-SU_p,либо экспоненциальнойК= K_максехр(-ᵦU_p) функцией. Изменение коэффициента усиления при изменении регулиру­ющего напряжения на 1В называетсячувствительностью регули­ровки.

Совокупность каскадов приемника, охваченных АРУ, называется системой АРУ.

Эффективность системы АРУ можно оценить с помощью диа­пазона АРУ, который показывает, во сколько раз диапазон изме­нения напряжения сигнала на выходе приемника меньше, чем ди­апазон изменения сигнала на его входе. Диапазон изменения на­пряжения сигнала на выходе и входе определяется по отношению к заданным номинальным напряжениям на выходе и входе при­емника:

Д= .

Помимо каскадов, коэффициент усиления которых регулируется, в систему АРУ входит каскад, выделяющий регулирующее напряжение, пропорциональное сигналу, называемый детектором АРУ, и каскад, фильтрующий ненужные, как правило высокочас­тотные, составляющие в спектре регулирующего напряжения, –фильтр АРУ. Совокупность детектора АРУ с фильтром называют выпрямителем АРУ.

Для повышения воздействия регулирующего напряжения на регулируемый каскад регулирующее напряжение иногда усиливают с помощью усилителя АРУ. Он может включаться как перед детектором АРУ, так и после него.

В зависимости от вида структурных связей в функциональной схеме приемника сАРУ различают три основные системы АРУ:

Система обратного регулирования(рисунок 1.2,а). В этом случаерегулирующее напряжениеАРУ формируется непосредственно в ос­новном канале усилительного тракта приемника и вводится в кас­кады, предшествующие каскаду, в котором сформировано регулирующее напряжение. В связи с этим система АРУ обратного регулирования называется также АРУ с обратной связью. В нейнапряжение сигнала, подлежащее регулировке, снимается с выхода УПЧ и через выпрямитель АРУ, состоящий из детектора АРУ и фильтра, воздействует на УРЧ, смеситель (СМ) и УПЧ, изменяя их коэффициент усиления. Все элементы системы АРУ образуют замкнутое кольцо обратной связи.

Рисунок 1.2 –Структурные схемы приемников с различными АРУ:

а-обратного регулирования; б-прямого регулирования; в-комбинированной

Система прямого регулирования(рисунок 1.2,б). В ней регулирующее напряжение формируется дополнительным каналом усиления. Сиг­нал после входного устройства поступает сразу в два канала — канал, образованный основными каскадами приемника, т. е. УРЧ, смесителем, УПЧ, детектором, и канал, образованный УРЧ АРУ, детектором и фильтром АРУ. Регулирующее напряжение формиру­ется выпрямителем АРУ и, как и в предыдущем случае, воздейст­вует на УРЧ, смеситель и УПЧ приемника, изменяя их коэффи­циент усиления, однако замкнутого кольца обратной связи здесь не образуется и иногда такую систему называют АРУ без обрат­ной связи.

Комбинированная система регулирования(рисунок 1.2,в). Она содер­жит как систему прямого, так и систему обратного регулирования. Здесь УРЧ (смеситель, УПЧ1, детектор АРУ, фильтр Ф1 АРУ об­разуют замкнутое кольцо обратной АРУ, а детектор АРУ и фильтр Ф2 АРУ, напряжение с выхода которого воздействует на УПЧ2, — систему прямой АРУ.

В системах с обратной АРУ усиление регулируется изменени­ем регулирующего напряжения, а это изменение может появиться только при изменении напряжения сигнала на выходе системы АРУ. Следовательно, в системе обратной АРУ необходимо неко­торое изменение выходного напряжения. При правильном проек­тировании системы АРУ это изменение напряжения не выходит за допустимые пределы. Эти пределы зависят от назначения при­емника. В частности, в радиовещательных приемниках можно до­пустить изменение выходного напряжения в 1,4 раза, так каксоответствующее изменение громкости звучания не улавливается че­ловеческим ухом.

В системе прямой АРУ регулирующее напряжение вырабаты­вается в результате усиления и выпрямления входного напряже­ния системы. Поэтому выходное напряжение сигнала в приемнике с такой системой АРУ теоретически может быть постоянным. Од­нако на практике реализовать это не удается. Следует также от­метить, что в системах с прямой АРУ при малых уровнях входно­го сигнала для получения достаточного регулирующего напряжения его следует усилить с помощью специального усилителя .Но при больших сигналах в этом усилителе могут произойти перег­рузки и возникнуть нелинейные искажения. Для защиты усилителя системы прямой АРУ от перегрузок требуется своя система АРУ, что усложняет схему. Поэтому системы прямой АРУ в чис­том виде на практике не применяются. Обычно они используются как составная часть комбинированных систем АРУ, которые, при небольшом усложнении по сравнению с системами обратной или прямой АРУ, позволяют получить более высокое качество ре­гулирования. Так, в рассмотренной ранее комбинированной систе­ме АРУ (рисунок1.2,в) кольцо обратной АРУ предотвращает перег­рузку УПЧ2 и детектора АРУ. Прямая АРУ позволяет поддержи­вать на выходе УПЧ2 постоянство выходного сигнала с большей точностью, чем обратная АРУ.

В зависимости от уровня сигнала, при котором начинается регулирование усиления, различают системы АРУ с задержкой и без задержки. В системах АРУ без задержки, называемых также простыми системами АРУ, регулирование усиления происходит во всем динамическом диапазоне принимаемых сигналов отU_вх.миндо U_{вх.макс} . Между тем при малых сигналах, когда полезный сиг­нал на выходе приемника из-за своей малости в значительной сте­пени маскируется шумами, ограничивать усиление, а значит, а снижать уровень выходного сигнала нецелесообразно. С этой точ­ки зрения предпочтительными являются системы АРУ с задерж­кой, в которых регулирование усиления начинается лишь с некоторого уровня входного сигнала, называемого порогом срабатывания системы АРУ. До достижения порога срабатывания усиление происходит без регулирования. Регулировка же усиления начина­ется по достижении входным напряжением порога срабатываний АРУ.

В процессе перестройки приемника с одной станции на другую, когда полезный сигнал на входе отсутствует, приемник уси­ливает собственные шумы и внешние помехи. Поэтому систему АРУ иногда модернизируют так, чтобы при сигнале, меньшем чув­ствительности приемника, усилительный тракт запирался системой АРУ. В этом случае настройка приемника будет бесшумной и по­этому система АРУ, обеспечивающая такую настройку приемника, называется бесшумной.

На рисунке 1.3,а—г показаны амплитудные характеристики при­емника без АРУ, с простой АРУ, АРУ с задержкой и бесшумной АРУ с задержкой. Следует отметить, что в приемнике с просто АРУ можно объединить функции детектора сигнала и детектор АРУ.

Рисунок 1.3 –Амплитудные характеристики приемников:

а – без АРУ; б – с простой АРУ; в –С АРУ С задержкой; г – с бесшумной АРУ с задержкой

Большое влияние на качество регулирования усиления оказывают параметры фильтра в системе АРУ. При неблагоприятном сдвиге фаз регулирующего напряжения возможно самовозбуждение регулируемого каскада. Для исключения опасности самовозбуждения системы АРУ используют однозвенныеRC-фильтры. Как известно, в таком фильтре переходныйпроцесс, обусловленный скачком напряжения на входе, имеет апериодический экспоненци­ально убывающий характер в отличие от переходных процессов в более сложных цепях, в которых он может быть колебательным, что повышает опасность самовозбуждения.

В случае использования в качестве детектора АРУ основного детектора приемника возникают противоречия между требовани­ями к фильтру основного детектора и к фильтру детектора АРУ. Для того чтобы система АРУ не уменьшала усиление при изменении напряжения сигнала, вызванного его АМ, т.е. не вызывала демодуляцию сигнала, необходимо постоянную времени фильтра детектора АРУ выбирать значительно больше максимального пе­риода модуляции сигнала. Однако при такой постоянной времени фильтра основного детектора возникнут искажения, по этому при совмещении функций основ­ного детектора с функциями детектора АРУ необходимо предус­мотреть раздельные фильтрующие цепи для основного сигнала и для системы АРУ, например так, как показано на рисунке1.4. На этом рисунке элементыR_н, С_н являются нагрузкой детектора, а элементыR_ф, С_ф— фильтром АРУ.Параметры элементовR_н,С_н выбира­ют в соответствие с условиями.Постоянная времени фильтра АРУ дляпредотвращения демодуляции дол­жна удовлетворять условиюR_фС_ф »T_макс= 2π/Ω_{мин .} Но при слишком большой постоянной времени фильтра АРУ напряжение на его выходе не будет успевать за быстрыми изменениями амплиту­ды, сигнала, вызванными, например, изменением условий распространения радиоволн. Поэтому постоянная времени фильтра АРУ сверху ограничена минимальным периодом затухания сигнала

Т_{зат.мин}, т.е. R_фС_ф˂Т_{зат.мин}

Рисунок 1.4 – Пример схемы с совмещенными детекторами сигнала и АРУ

Рисунок 1.5 – Многопетлеваябыстродействующая АРУ для приемника импульсных сигналов

Практически постоянную времени фильтра АРУ выбирают зля радиовещательных приемников в пределах 0,02...0,2 с, а в про­фессиональных приемниках для телеграфной связи — в пределах; 0,1... 10 с. В профессиональных приемниках иногда предусматривают возможность переключения элементов фильтра АРУ для получения различных постоянных времени.

Свойства системы АРУ во многом определяются параметром, называемым петлевого усиленияК_П, который определяется по формуле

К_П=S_pK_BK_yU_m

гдеК_п— коэффициент передачи выпрямителя АРУ; К_у— коэффи­циент усиления усилителя АРУ;U_m — амплитуда входного сигна­ла системы АРУ; S_P —крутизна регулировочной характеристики системы АРУ.

Для повышения эффективности системы АРУ следует повы­шать петлевое усиление. При этом увеличивается скорость уста­новления переходных процессов в системе АРУ, а также умень­шается степень изменения выходного напряжения при изменении входного, однако при увеличении петлевого усиления повышается опасность самовозбуждения.

Некоторые особенности имеет автоматическое регулирование усиления в приемниках импульсных сигналов. Эти особенности обусловлены тем, что отАРУ приемника импульсных сигналов требуется высокое быстродействие, которое обеспечивается малой постоянной времени фильтра. В системе быстродействующей АРУ постоянная времени фильтра лежит в пределах 10^-6... 10^-4с. Следствием малой постоянной времени фильтра является возмож­ность самовозбуждения приемника. Поэтому цепью быстродейст­вующей АРУ можно охватывать не более одного каскада УПЧ. Для получения достаточной эффективности регулировку произво­дят в нескольких каскадах УПЧ самостоятельными цепями регу­лирования. При этом в каждой петле АРУ не требуется большого петлевого усиления, вследствие чего снижается вероятность само­возбуждения. Такие системы АРУ называются многопетлевыми (рисунок 1.5).

Быстродействующая АРУ используется также для борьбы с импульсными помехами кратковременным запиранием приемника на время действия импульсной помехи.