14.3 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 Е_рег на выходе которого зависит от уровня сигнала в радиотракте приемника. Таким устройством может слу­жить, например, амплитудный детектор. Напряжение Е_рег, 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 E_рег получают из напряжения U_выx на выходе регулируемого усилителя, в котором могут применяться способы регулировки усиления, рассмотренные выше.

Рисунок 14.7 Структурная схема обратной АРУ

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

Фильтр АРУ отфильтровывает составляющие частот модуляции и пропускает медленно изменя­ющиеся составляющие напряжения Е_рег. 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 U_выx=F(U_вx) (рисунок 14.8). Если АРУ простая, то при увеличении U_вх нап­ряжение U_вых = K₀U_вх из-за уменьшения за счет АРУ резонансного коэффициента усиления К₀ увеличится в меньшее число раз, чем напряжение U_вx. С увеличением U_выx увеличивается Е_рег 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 U_вх превышает пороговое U_поp; при этом слабые сигналы цепью АРУ не ослабляются. При идеальной работе цепи АРУ с задержкой для U_вx ≥ U_пор 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 ΔU_выx.

Если допустить, что АРУ идеальна, то ΔU_выx =0, при этом Е_рег=const, К₀ = const, регулировка отсутствует, а следователь­но, U_выx должно возрастать.

Структурная схема прямой АРУ (см. рисунок 14.9, б). Цепь АРУ подключена к входу регулируемого усилителя, напряжение регули­ровки Е_рге получается в результате детектирования входного напря­жения. При увеличении U_вx напряжение на выходе детектора АРУ возрастает, при этом увеличивается Е_рег, что вызывает уменьшение К₀. Напряжение U_вых = K₀U_вх. Если U_вх 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 Е_рег= 0,1—1 В, U_вx =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 U_выx (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 U_выx 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 Е_рег. Если Е_рег становится ниже определенного уровня, то цепь БШР вырабатывает напряжение Е_э запирающее УЗЧ; при прревышении Е_рег этого порогового значения Е_э 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.