4. Системы автоматической регулировки усиления

Автоматическая регулировка усиления (АРУ) предназначается для сохранения заданного постоянства выходного напряжения приемника в условиях изменения интенсивности принимаемых сигналов. Она устраняет перегрузки в каскадах приемника при приеме мощных сигналов и тем самым исключает возможность появления нелинейных искажений, обусловленных такими перегрузками. Наряду с этим применение системы АРУ обеспечивает нормальную работу выходных устройств радиоприемника при большом динамическом диапазоне мощности сигналов в антенне.

Принцип действия систем АРУ заключается в автоматическом изменении усилительных свойств или коэффициентов передачи отдельных элементов радиоприемного тракта при изменении интенсивности принимаемых сигналов. При этом увеличение уровня сигнала на входе сопровождается уменьшением коэффициента усиления и, наоборот, при уменьшении величины сигнала усиление приемника будет возрастать, стремясь к своему предельному значению.

Эффективность системы АРУ оценивается относительным изменением выходного напряжения приемника:

, (112)

которое имеет место при определенном изменении напряжения или мощности сигнала на входе

(113)

Практически величина В лежит в пределах 1,1—10,0, а значение Д может достигать 10⁴-10⁵.

Рассмотрим классификацию систем АРУ, в основу которой положены различные признаки. Прежде всего системы АРУ различаются по принципу регулирования следующим образом. Если цепь АРУ и регулируемый усилитель представляют собой замкнутую систему регулирования с обратной связью (рис. 53, а), то регулирующее воздействие, формируемое цепью регулирования, зависит от уровня выходного напряжения. Такие АРУ с обратной связью иногда называют регулировкой «назад». Если же цепь регулирования действует независимо от величины напряжения на выходе регулируемого усилителя (рис. 53, б.) то регулирующее воздействие определяется только уровнем входного сигнала и обратная связь в системе отсутствует. Такие АРУ без обратной связи часто называют регулировкой «вперед». К системам АРУ с программным регулированием (рис. 53, в.) относят системы, у которых регулирующее воздействие создается специальной цепью, задающей определенный закон изменения усиления приемника во времени. Такое регулирование используется при заранее известном законе изменения интенсивности сигнала на входе приемника. Подобные системы иначе называют системами временной автоматической регулировки усиления (ВАРУ).

Рис. 53

Комбинированные системы АРУ представляют собой сочетание рассмотренных принципов регулирования. Так, на рис. 53 г. изображена система АРУ, содержащая цепи регулирования с обратной связью и без обратной связи. Системы АРУ без обратной связи («вперед»), а также комбинированные системы находят применение, главным образом, при исключительно высоких требованиях к постоянству выходного напряжения приемника.

Наибольшее распространение в современных радиоприемных устройствах получили системы АРУ с обратной связью.

По виду принимаемых приемником сигналов системы АРУ разделяются на два больших класса — непрерывные и импульсные. Основное различие таких систем заключается в особенностях формирования регулирующего напряжения, под действием которого происходит изменение усилительных свойств приемника.

В зависимости от наличия порога срабатывания системы АРУ делятся на простые и задержанные. В простых схемах АРУ порог срабатывания отсутствует, цепь регулирования обеспечивает регулирующее воздействие практически при любом уровне сигнала на входе приемника. Использование такой схемы приводит к уменьшению коэффициента усиления приемника не только при больших сигналах, но и при малых. Это является существенным недостатком простой схемы АРУ. Схема АРУ с задержкой лишена этого. Цепь регулирования в такой схеме оказывается разомкнутой до того момента, пока напряжение сигнала на входе приемника не достигнет некоторого порогового значения, равного , соответствующего обычно чувствительности приемника. Таким образом, регулирование коэффициента усиления в случае применения схемы АРУ с задержкой осуществляется лишь при больших уровнях сигнала, превышающих чувствительность приемника. Схемы АРУ подавляющего большинства современных радиоприемных устройств являются задержанными. Для повышения эффективности систем АРУ в цепи регулирования усилением приемника могут включаться дополнительные усилительные каскады. Такие системы получили название систем АРУ с усилением. Как правило, усиленные АРУ одновременно являются и задержанными. На рис. 54 изображены амплитудные характеристики приемника при различных схемах АРУ, наряду с которыми для сравнения приведена характеристика приемника без АРУ [20].

Рис. 54

По своим инерционным свойствам системы АРУ разделяются на быстродействующие и инерционные. Практически все системы АРУ приемников непрерывных сигналов являются инерционными. Длительность переходного процесса в них может колебаться в широких пределах в зависимости от ожидаемой скорости изменения уровня входных сигналов, а также от вида и частоты модуляции.