14 Автоматическая регулировка усиления

14.1 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.

14.2 Регулировка усиления

Способы регулировки усиления резонансного усилителя. Резонансный коэффициент усиления усилителя

K₀=m_lm₂SR_экв, (14.1)

где т₁, т₂ — коэффициенты включения; R_экв — 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 Е_рег, 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 U_БЭ0 в бипо­лярном или напряжение U_ЗИ0 в полевом транзисторах. Изменение напряжения U_БЭ0 на 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 g_вх, g_вых и т. д.

Регулирующее напряжение Е_рег подается в цепь эмиттера либо в цепь базы транзистора. Схема регулировки первого вида показана на рисунке 1, а, напряжение смещения на транзисторе U_БЭ0 = U₀ – Е_рег. По мере увеличения Е_рег напряжение U_БЭ0 уменьшается, что влечет за собой уменьшение тока I_К0 и крутизны S, в результате чего ко­эффициент усиления К₀ снижается. Цепь регулировки должна обес­печить ток, примерно равный I_Э0.Если регулируется п каскадов, то ток регулировки I_рег=пIЭ0, поэтому цепь регулировки должна выра­батывать сравнительно большой ток I_рег, что является недостатком схемы рисунок 14.1, а. Этим недостатком не обладают цепи регулировки второго типа, в которых напряжение Е_рег вводится в цепь базы (рисунок 14.1, б): U_БЭ0=U₀ —Е_рег, поэтому принцип регулировки в обоих случа­ях одинаков. Достоинство регулировки по схеме рисунок 14.1, б состоит в том, что ток I_рег, равный току делителя I_дл = (5–10) I_Б0, во много раз меньше тока I_рег при регулировке по схеме рисунок 1а. Однако схема рисунок 14.1, б менее стабильна в работе, поскольку в ней отсутствует резистор в цепи эмиттера R_Э. Включение резистора R_Э приво­дит к уменьшению эффективности регулировки, так как он обес­печивает стабилизацию режима не только при изменении темпера­туры, но и при изменении Е_рег. При включении резистора R_Э, для обеспечения той же глубины регулировки необходимо подавать большее значение напряжения Е_рег.

Рисунок 14.1 Регулировка изменением крутизны S

Регулировка изменением R_экв. Такая регулировка может осуществляться различными способами. На рисунок 14.2 показана схема регулировки с подключенным параллельно контуру диодом VD. При Е_рег> U_к диод закрыт и контур практически не шунтирует; при этом R_экв и К₀ наибольшие. При Е_рег< U_к , диод открывается и его входное сопротивление шунтирует контур. В этом случае R_экв, а следовательно, и K₀ уменьшаются. Основной недостаток такого способа регулировки состоит в том, что при изменении R_экв 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 R_экв

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 Е_рег< U₀ диоды VD₁ — VD₂ открыты, а диод VD₃ закрыт; при этом коэффициент передачи максимален. По мере увеличения Е_рег динамические сопротивления диодов VD_t 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 Е_рег 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 R_рег.

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 R_Э обычно включают конденсатор С_Э, большой емкости для устранения ООС.

В схеме рисунок 14.5 глубину ООС можно регулировать изменением емкости конденсатора C_рег; блокировочный конденсатор С_бл служит для разделения по постоянному току цепей регулировки и питания транзистора. Как правило, в качестве С_рег используют варикап VD. С увеличением Е_рег диод VD закрывается сильнее, его емкость С_рег 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 R_экв 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.