4 Основные характеристики систем автоматической регулировки усиления.

Амплитудные характеристики АРУ или зависимости уровня выходного напряжения УПЧ от величины сигнала на его входе U_вых= f (U_c) приведены на рис. 3.

В УПЧ без АРУ имеется линейная зависимость между U_вых и U_c . При значениях U_c > (U_c)_нас линейная зависимость нарушается и наблюдается перегрузка усилителя, которая приводит к появлению искажений сигнала.

В простой АРУ при увеличении U_с коэффициент усиления УПЧ начинает уменьшаться и перегрузка усилителя не возникает.

В системе АРУ с задержкой линейность амплитудной характеристики повышается, причем степень снижения коэффициента усиления УПЧ (наклон амплитудной характеристики) в диапазоне [(U_с)_п, (U_c)_max] будет определяться коэффициентом усиления в петле обратной связи.

При (U_с)_п  (U_c)_max стабилизирующее действие АРУ ослабляется из-за перегрузки в цепи самой АРУ.

Р егулировочная характеристика определяет зависимость коэффициента усиления УПЧ от величины управляющего напряжения k_u = f (U_p). Примерный вид этой характеристики в логарифмическом масштабе (k_u(дБ) = 20lgk_u) изображен на рис. 4. Коэффициент усиления УПЧ максимален k_u = (k_u)_max при U_p=0. По регулировочной характеристике можно определить величину (U_p)_max, при которой k_u = (k_u)_min Отношение (k_u)_max /(k_u)_min =  называется коэффициентом регулирования.

З начение U_p, в свою очередь, определяется уровнем сигнала на выходе УПЧ. Зависимости уровня регулирующего напряжения от величины U_вых для 2-х типов АРУ приведены на рис. 5. В системе АРУ с задержкой регулирующее напряжение появляется при U_вых > U_п. При больших значениях U_вых из-за перегрузки АРУ зависимости U_p = f(U_вых) существенно искажаются.

Считая зависимость U_p = f (U_вых) близкой к линейной в области значений U_вых < (U_вых)_max, получим выражение для коэффициента усиления в петле обратной связи системы АРУ. Имеем:

(k_u)_АРУ =(U_p)_max/((U_вых)_max – (U_вых)_min)= (U_p)_max/(U_вых)_min· 1/( -1). (4)

Из уравнения (6.4) следует, что невозможно получить “идеальную” систему АРУ, для которой =(U_вых)_min/(U_вых)_max=1. В реальных условиях система АРУ приближается к "идеальной" при больших значениях коэффициента усиления (k_u)_АРУ в петле обратной связи АРУ.

5 Анализ работы системы ару в динамическом режиме.

В динамическом режиме, когда амплитуда входного сигнала изменяется скачкообразно, изменение коэффициента усиления УПЧ с помощью системы АРУ происходит с некоторой задержкой во времени, обусловленной наличием в АРУ инерционных звеньев. Полагая, что инерционным звеном является ФНЧ (RC-фильтр первого порядка) в петле обратной связи, можно записать дифференциальное уравнение, связывающее амплитуду напряжения на выходе УПЧ U_вых и напряжение на выходе фильтра:

R_фС_ф du_вых(t) /dt + (1+S_pU_c)U_вых = (k_u)_max U_c, (5)

где S_p - крутизна регулировочной характеристики в рабочей точке.

Решение уравнения имеет вид:

u_вых (t) = (k_u)_max U_c / (1+ ) [1+ exp (-t / _АРУ)] (6)

где  = (k_u)_АРУ S_p U_c, _АРУ = R_ф С_ф / (1+), а U_c определено для момента времени t = 0.

Постоянная времени _АРУ определяет скорость установления амплитуды выходного напряжения. Из (6) следует, что процесс установления выходного напряжения протекает тем быстрее, чем больше величина .

Установившееся значение U_вых можно найти из (6) при значении параметра t , стремящегося к бесконечности:

(U_вых)_уст = (k_u)_max U_c / (1+) (7)

При использовании в качестве инерционного звена системы АРУ фильтра низкой частоты более высокого порядка, напряжение u_вых(t) может иметь колебательный характер.