10.2 Автоматическая регулировка усиления (ару)

АРУ предназначена для поддержания уровня выходного сигнала приемного устройства или усилителя вблизи некоторого номинального значения при изменения уровня входного сигнала. Автоматическое выполнение этой функции необходимо потому, что изменение уровня входного сигнала могут происходить хаотически и достаточно быстро. Ручная регулировка используется лишь для установки выходного сигнала, который должен поддерживаться системой АРУ.

В радиосвязи напряжение сигнала на входе приемника может изменяться на 103 (60 ДБ), а в радиолокации - 105 (100 ДБ) и более.

Выходное напряжение приемника при этом не должно изменяться более чем в 1,2 - 3 раза ( 1,6 - 9,6 ДБ). Это требование диктуется как допустимыми искажениями информации в тракте приемника, так и отсутствием перегрузок его каскадов, могущим привести к длительным потерям чувствительности. При этом сама система АРУ не должна вызывать чрезмерных искажений огибающей сигнала или приводить к появлению паразитной амплитудной модуляции сигнала т.е. система АРУ должна быть устойчивой. Системы АРУ могут быть обратными и прямыми:

– обратные системы АРУ являются системами с обратными связями, в них точка съема напряжения для формирования регулирующего воздействия расположена дальше от входа приемника, чем точка приложения регулирующего воздействия. Эта система часто называется регулировкой "назад". Структурная схема регулировки этого типа приведена ниже.

Рис. 10.1 Структурная схема регулировки типа «назад»

– прямая система АРУ. Точка съема напряжения для системы АРУ расположена ближе ко входу приемника, чем точка приложения регулирующего воздействия. Эта система не образует петли обратной связи обратной связи и является системой регулировки "вперед". Структурная схема такой регулировки приведена на рисунке 10.2.

Рис. 10.2 Структурная схема системы регулировки тип «вперед»

Остановимся на достоинствах и недостатках указанных систем.

Достоинства обратной системы АРУ:

– система АРУ защищает от перегрузок все каскады приемника, расположенные дальше от входа, чем точка приложения регулирующего воздействия, а сами цепи АРУ находятся под воздействием сигнала со сжатым динамическим диапазоном и также не подвержены перегрузкам.

– система нечувствительна к изменениям коэффициента усиления системы, связанных со старением активных элементов.

Недостатки обратной АРУ:

– не могут дать полного постоянства выходного напряжения, т.к, оно является входным для системы АРУ и должно содержать информацию для соответствующего изменения регулирующего напряжения.

U_вых

Р ис.10.3 Идеальная регулировочная характеристика

U_вх

– указанная система АРУ не может обеспечить одновременно большую глубину регулирования (стремление к идеальной амплитудной характеристике) и высокое быстродействие. Это связано с тем, что с увеличением коэффициента усиления в цепи обратной связи, связанную с необходимостью увеличения глубины регулирования, необходимо увеличивать постоянную времени фильтра в цепи обратной связи (уменьшать быстродействие системы) с тем, чтобы обеспечить устойчивость системы АРУ.

Прямые АРУ принципиально могут обеспечить идеальное регулирование, т.е. при , и сколь угодно высокое быстродействие. Однако практически это не достигается, т.к. степень постоянства выходного напряжения обусловлена конкретными данными элементов цепи АРУ и цепей приемного устройства, подверженных технологическим разбросам, временным и режимным изменениям.

Цепь АРУ "вперед" защищает от перегрузок только те каскады, которые расположены дальше от точки приложения регулирующего воздействия, и сама находится под воздействием сигнала с широким динамическим диапазоном, т.е. подвержена перегрузкам и должна содержать внутренние обратные связи. В этом случае система АРУ практически превращается в отдельный канал приемного устройства, не менее сложный, чем основной канал.

Все эти причины приводят к тому, что в настоящее время большое распространение получили обратные системы АРУ.

Очевидно, лучшие результаты может дать применение комбинированной системы АРУ, включающей в себя цепи прямой и обратной связи, с превалирующим влиянием обратной цепи АРУ.

Структурная схема комбинированной системы АРУ приведена на рисунке 10.4.

Таким образом, прямые регулировки усиления как правило используются лишь в быстродействующих системах или в комбинированных, где основной является обратная система АРУ.

ручная регулировка

Рис. 10.4 Структурная схема комбинированной системы АРУ