Классификация ару

1. По принципу действия системы АРУ могут быть:

   1. с обратной связью (обратные);

   2. без обратной связи (прямые);

   3. комбинированные.

Достоинства прямой АРУ: возможность получения идеальной амплитудной характеристики, что в принципе не возможно в системах АРУ с ОС.

Недостатки прямой АРУ: не отслеживают изменений коэффициента передачи каскада, вызванных изменением температуры, старением элементов и т.д.; не обеспечивают изменения режима работы при росте динамики входного сигнала; при формировании регулирующего напряжения в цепи регулирования требуется большое усиление.

Достоинства обратной АРУ: все изменения коэффициента передачи регулируемого каскада автоматически учитываются за счет ОС и не требуется большого усиления в цепи формирования регулирующего напряжения. Эти АРУ получили широкое распространение.

Недостатки обратной АРУ: невозможность получения постоянного выходного напряжения и невозможность одновременного обеспечения большой глубины регулирования и значительного быстродействия.

Комбинированная АРУ применяется в условиях большого динамического диапазона входного сигнала, а также когда требуется большее постоянство входного напряжения. Достоинством комбинированной схемы является сумма достоинств прямой и обратной АРУ, а недостатком – сложность построения.

2. По принципу формирования регулирующего напряжения АРУ подразделяются на:

   1. аналоговые (непрерывные);

   2. цифровые (дискретные).

Достоинствами цифрового формирования регулирующего напряжения в системах АРУ являются: большая точность регулирования, большая надежность и большая стабильность работы.

К основным параметрам систем АРУ относятся следующие:

1. Регулировочная характеристика.

2. Динамический диапазон входных сигналов АРУ, определяемый по формуле и отражающий пределы изменения входного сигнала, при которых АРУ обеспечивает заданное постоянство выходного напряжения.

3. Динамический диапазон выходных сигналов АРУ, определяемый по формуле и отражающий изменение выходного напряжения, при заданном динамическом диапазоне АРУ.

Используются схемы АРУ с обратным регулированием, прямым регулированием и комбинированные схемы. Функциональная схема АРУ с обратным регулированием представлена на рисунке 1.

СХЕМА АРУ С ОБРАТНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ

Рисунок 1 – Функциональная схема АРУ с обратным регулированием

Регулируемый усилитель (РУ) – изменяет коэффициент усиления РУ в зависимости от управляюющего напряжения. Точные его характеристики показывает регулировочная характеристика, представленная на рисунке 2.

Рисунок 2 – Регулировочная характеристика РУ

Основные способы регулировки усиления:

• режимная регулировка (изменение крутизны проходной характеристики транзистора |Y21| путем изменения режима его работы по постоянному току. Другими словами, путем изменения рабочей точки;

• изменение сопротивления нагрузки усилителя;

• изменение глубины обратной связи;

• изменение величины межкаскадной связи с помощью управляемых аттенюаторов;

• изменение степени связи контура с транзистором.

От устройств регулировки (РУ) требуются:

• существенная зависимость (РУ) от ;

• малый ток регулировки;

• малая зависимость других параметров усилителя от напряжения регулировки .

Детектор АРУ – предназначен для преобразования амплитудно-модулированных колебаний, полученнных с выхода УПЧ, в колебания низкой частоты, среднее значение которых, выделяемое фильтром АРУ, пропорционально амплитуде напряжения несущей частоты. В качестве схем детекторов АРУ применяются те же схемы, что и для детектирования сигнала в основном канале.

Детекторы АРУ выполняют не только на диодах, но и на транзисторах. Транзистор одновременно используется для усиления напряжения в цепи АРУ.

Требования к детектору, служащему для формирования управляющего напряжения, отличаются от требований, предъявляемых при приеме амплитудно-модулированных (АМ) сигналов, когда детектор воспроизводит огибающую колебаний. Если бы напряжение от детектора с такими свойствами было подано на РУ, то при возрастании амплитуды сигнала в такт с модуляцией коэффициент усиления уменьшался бы, а при убывании возрастал; в результате выходное напряжение имело бы практически постоянную амплитуду, т.е. цепь АРУ подавляла бы модуляцию принимаемого сигнала, что недопустимо, т.к. именно в ней заключена полезная информация.  Чтобы не было подавления модуляции, регулирующее напряжение не должно содержать переменной составляющей, соответствующей модуляции. 

Усилитель постоянного тока (УПТ) – увеличивает амплитуду выпрямленного (детектированного) напряжения.

ФНЧ в АРУ выделяет из видеосигнала (продетектированного сигнала) среднее напряжение пропорциональное амплитуде колебаний несущей частоты.

Требования к ФНЧ АРУ:

• фильтр должен осуществлять достаточное подавление низшей модулирующей частоты. Это необходимо для устранения явлений демодуляции и искажений сигнала, вызываемых цепью АРУ при приеме АМ-колебаний. Это означает, что наинизшая частота модуляции должна быть много больше, чем частота среза фильтра. Или, что эквивалентно: постоянная времени цепи фильтра (время реакции) должна быть много больше периода модулирующего сигнала. Это будет предотвращать ненужные реакции АРУ на случайные флуктуации сигнала, и, следовательно, его искажения.

• обеспечить возможность отслеживать системой АРУ наиболее быстрых изменений уровня сигнала, вызванных, например, явлением замирания. Для этого постоянная времени фильтра (время реакции) не должна быть очень большой, поскольку это вызовет большие задержки.

Рисунок 3 – Амплитудная характеристика АРУ с обратным регулированием

Согласно рисунку - в результате действия системы АРУ выходное напряжение усилителя изменяется в значительно меньшей степени, чем входное.

В АРУ с задержкой для слабых сигналов сохраняются максимальное усиление и минимальный уровень собственных шумов усилителя.

СХЕМА АРУ С ПРЯМЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ

Функциональная схема АРУ с прямым регулированием представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 - Функциональная схема АРУ с прямым регулированием

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 5), 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.

Рисунок 5 – Амплитудная характеристика АРУ с прямым регулированием

Особенности схем АРУ

Обратные АРУ – защищают от перегрузок систему АРУ, изменение параметров системы АРУ меньше сказывается на смещение характеристик ПРМ (т.к. есть обратная связь), но не может дать постоянства выходного напряжения. Причина - выход линейного тракта ПРМ является входом систем АРУ. Система не может обладать большой регулировкой усиления, кроме того, так как система с ОС, то она обладает ограниченным быстродействием (из-за чего система может стать неустойчивой).

Прямые АРУ – позволяют обеспечить в принципе постоянное напряжение на выходе; при выходе обеспечивает высокое быстродействие, но перегрузкам подвержена сама система, поэтому надо ставить на вход свою систему усиления

СХЕМА АРУ КОМБИНИРОВАННОГО РЕГУЛИРОВАНИЕМ

Функциональная схема комбинированной АРУ представлена на рисунке 6. Она рационально использует преимущества обеих схем АРУ: стабильность обратной АРУ и возможность получения идеальной характеристики в прямой АРУ. Для первого РУ 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.

Рисунок 6 - Функциональная схема комбинированной АРУ