книги / Радиоприемные устройства.-1
.pdfРве. 7.11
Если далее, находясь в области АЛ , уменьшить Д /с , то на выходе УОТ из-за его большой расстройки относительно / д напряжение будет отсутство вать. Поэтому в областях А В АПЧ по-прежнему работать не будет. И только тогда, когда сигнал с частотой/ будет пропускаться трактомУПЧ, создавая заметное напряжение на входе ЧД и, следовательно, мр , уход частоты Д /^ ’’скачком” уменьшится. Последнее объясняется большой крутизной склонов АЧХ УПЧ. Область ВВ обычно оказывается уже области АЛ ,так как полоса пропускания УПЧ меньше рабочей частотной области ЧД.
Частотная |
область между точками АА |
называется полосой удержания, |
здесь система |
АПЧ эффективно уменьшает |
изменение Д /^ , т. е. как бы |
’Удерживает” преобразованную частоту. Это хорошо ощущается при настрой ке РПУ, когда принудительное изменение/г и, следовательно,/^ в широкой полосе частот (в области А А ) практшескн не приводит к "выпадению * сш~нала из канала приема. В этом случае сигнал радиостанции уверенно принимается в более широкой полосе, чем при выключенной АПЧ.
Частотная область между точками ВВ называется полосой захвата. Это объясняется тем, что при попадании преобразованной частоты в эту область происходит как бы "захват "частоты гетеродина, после чего настройка РПУ со храняется при последующих уходах Д/ в пределах полосы удержания. Нали чие полосы удержания, которая всегда шире полосы захвата, может затруд нить настройку приемника на другую, расположенную рядом по частоте, радиостанцию. Поэтому при перестройке РПУ необходимо принять меры по от ключению АПЧ, для чего служит соответствующий переключатель или исполь зуется сенсорный датчик в системе управления АПЧ, отключающий ее ври ка сании пользователем ручки настройки РПУ.
Отметим,что АПЧ, структура которой приведена на рис. 7.10, чувстви тельна к уровню сигнала. Если сигнал уменьшается, то падает и регулирующее напряжение мр; поэтому при малых сигналах гетеродин перестает управляться. Если после этого сигнал возрастает до нормальной для работы АПЧ величины, то при Дf вне полосы захвата £2? радиостанция прослушиваться не будет. Для борьбмы с этим явлением необходимо: увеличить постоянную времени
ФНЧ |
Тф , что снижает быстродействие АПЧ при быстром изменении Af ^ \ |
|
автоматически изменять т . |
в зависимости от уровня сигнала (увеличивать ее |
|
при |
уменьшении сигнала;; |
ввести автоматический поиск радиостанции, при |
котором частота гетеродина периодически изменяется до появления сигнала в полосе захвата, после чего поиск прекращается; уравнять полосы удержания и захвата.
7.4.Регулировки усиления в радиоприемном устройстве
7.4.1.Принцип действия автоматической регулировки
усиления
Различают ручную и автоматическую регулировки усиления (АРУ). Руч ная регулировка усиления (ИРУ) осуществляется обычно с помощью потен циометров, включенных в той части тракта, которая не охвачена системой ав томатической регулировки. Если это не предусмотреть, то последняя будет препятствовать ручной регулировке, стремясь стабилизировать контролируе мый выходной уровень сигнала. Автоматическая регулировка усиления обыч но охватывает УПЧ и УРС, поэтому РРУ вводят в детекторном каскаде (рис. 7.12) или в первых каскадах УНЧ.
При перестройке приемника или изменении уровня сигнала на его входе из-за замирания или других явлений необходимо выполнить следующее усло вие:
U |
= К Е . = U |
= const |
(7.13) |
||
вых |
А |
вых 0 |
|
4 |
' |
где Еа — ЭДС сигнала в антенне РПУ; U |
- уровень выходного сигнала; |
||||
К — коэффициент усиления тракта с его входа до последнего каскада, охва ченного системой АРУ.
При изменении ЕА постоянство £/вых может достигаться только за счет изменения К , поэтому в соответствии с (7.13) тракт должен иметь управляе мое (регулируемое) усиление:
К - < 7 J 4 >
Для управления К необходимо создать в системе АРУ вспомогательное регулирующее напряжение ир, которое должно зависеть от уровня принимае мого сигнала. Это напряжение получают обычно путем детектирования сигнала на выходе УПЧ или в. другом сечении тракта, а также отфипыровки высоко частотного и модулирующего напряжений. Тогда условие (7.13) необходимо дополнить регулировочной характеристикой K = f (u ).
Напряжение ир может быть получено различными способами. Во-первых,
O'
CJ
кУНЧ
Н
Рис. 7Л2
Рис. 7.13
путем детектирования и отфильтровки контролируемого выходного сигнала ^вых *® этом слУчае АРУ может быть вьшолнена как известная система авто матического регулирования по параметру, стабилизирующая выходное напря жение (рис. 7.13, а). Подобная регулировка усиления называется регулиров кой Ъазад ”, так как и поступает в направлении, обратном направлению про хождения сигнала по тракту приема.
Во-вторых, возможно получение и в результате детектирования и от фильтровки усиленного в дополнительном канале входного напряжения РПУ: и - K QEA , где K Q - коэффициент усиления дополнительного канала. Такая регулировка называется регулировкой "вперед ” так как и поступает в на правлении, совпадающем с направлением прохождения сигнала по тракту при ема (рис. 7.13,6).
Так как коэффициент усиления тракта К = К 1К 2К 3 ..J f n , где К . - ко эффициент усиления (передачи) отдельных звеньев, изменение А* осуществля
ется путем изменения отдельных |
К. ,их комбинации или всех вместе. Поэто |
|
му К можно представить как К |
= K lvK2v 'K mpK uiK 2 ii ••• |
>где^ р “ |
регулируемые коэффициенты усиления; К.н —нерегулируемые. |
|
|
Детектор в структурах АРУ (см. рис. 7.13) должен выделить лишь уро вень несущего колебания принимаемого сигнала и не реапфовать на модули рующее колебание, так как в противном случае при работе АРУ усиление трак та будет изменяться в такт с модуляцией сигнала, что приведет к уменьшению глубины модуляции и ее искажению. С этой целью используется фильтр АРУ (ФНЧ). Граница полосы пропускания всей системы АРУ с учетом АЧХ фильт ра Лф должна быть меньше минимальной частоты модуляции £2ф < £2min
Помимо указанной функции, фипмр АРУ исключает возможность появления самовозбуждения по промежуточной частоте, так как при недостаточной фильтрации в нагрузке детектора "'остаток* этого колебания может попасть в регулируемые каскады, что приведет к появлению обратной связи.
Регулирование усиления в усилительном каскаде осуществляется различ ными способами. Широкое применение находят удобные режимные методы ре гулирования усиления путем изменения режимов усилительных приборов по постоянному току. На рис. 7.14 приведена типтная зависимость модуля про водимости прямой передачи | У211 многих УП от смещения EQM на управля ющем электроде (базе транзистора, управляющей сетке электронной лампы и т.д.). Так как коэффициент усиления каскада УРС и УПЧ в РПУ пропорцио нален | У2 1 1 (см- § 4.4), в зависимости от EQM изменяется величина коэффи
циента усиления К. |
|
|
|
Для ряда УП (прежде всего биполярных транзисторов) |
одновременно с |
||
изменением |У211 |
изменяются и другие его параметры: У п |
, У22 , У12,В за |
|
висимости от У |
и У22 изменяются АЧХиФЧХ фильтрующих систем, свя |
||
занных с регулируемым УП. Поэтому режимная регулировка |
частот |
вынуж |
|
дает прибегать к мерам до уменьшению изменения формы АЧХ (ФЧХ) |
путем, |
||
например, ослабления связей УП с фильтрующими системами,применения спе циальных управляемых компенсирующих элементов и тд. Кроме этого, регу лирование ряда приборов в широком диапазоне варьирования Есм требует зна чительных расходов мощности. Поэтому применяются также и другие Методы регулированияусилашя (например,изменениеЯ э контуров в УРЧ в зависи мости от уровня сигнала, что достигается их шунтированием резистор но-диод ными цепями с регулируемым сопротивлением; изменение величины связи между контурами в полосовом фильтре УПЧ и т д .) . Однако всем этим спосо бам свойственны свои недостатки: в первом случае изменяется полоса Пропус кания УРЧ при регулировании, во-втором - форма АЧХ, кроме этого, малые пределы регулирования.
В связи с изложенным применяется также метод, основанный на Вынесе нии функции регулируемого затухания из усилительных каскадов в отдельные функциональные звенья - аттенюаторы АРУ, использующие в болыцинстве случаев дискретный способ регулирования. Применение регулируемых атте нюаторов позволяет существенно уменьшить влияние регулирования На АЧХ тракта, а также искажения сигнала.
I----1— J— }—<M--- I----*--------- |
1 |
VD |
i D T № -F t][f .A^
4 4kJ e
Рис. 7.16
Структуры, приведенные на рис,. 7.13, имеют свои достоинства и недостат ки. Например, регулировка ’’вперед” (см. рис. 7.13, б) позволяет получить идеальную амплитудную характеристику АРУ (зависимость £/вых (ЕА) пока зана на рис. 7.15, кривая 5), однако требует дополнительного усиления, обес печения высокой точности зависимости регулирующего напряжения ир от ве личины Еа в соответствии с (7.14) и широкого динамического диапазона до полнительного канала. Если же требуемые точность и стабильность не обеспе чиваются,то амплитудная характеристика может иметь различный вид, в том числе аналогичный зависимости-# (режим перерегулирования).
Регулировка ’Ъазад” не требует дополнительного усиления, не критична к точности и стабильности характеристик отдельных звеньев, однако может ра ботать неустойчиво, как и любая другая замкнутая система автоматического регулирования. Кроме того, она принципиально не может обеспечить идеаль ную характеристику 3 (см. рис. 7.15), а позволяет лишь приблизиться к ней (характеристика 1).
Различают простую, задержанную и усиленную АРУ. На рис. 7.16 приведена часть принципиальной схемы простой АРУ\ Как видно, напряжение сигнала де тектируется в детекторе на диоде VD и после фильтрации в ФНЧ (R ^ , С^)
К)
Сг»
о\
Рис. 7.17
поступает в соответствующей полярности на регулируемый каскад так, что с ростом сигнала U усиление каскадов уменьшается. В качестве примера такого каскада на рис. f. 16 приведена схема каскада УПЧ на двухзатворном полевом транзисторе VTl , усиление которого регулируется напряжением и , подавае мым на второй затвор. р
Схема простой АРУ удобно сочетается со схемой детектора в основном ка нале приема, так как на его нагрузке (элементах/? , С) выделяется составляю щая, созданная несущим колебанием принятого сигнала. Недостатком простой АРУ является то, что она работает и при малых сигналах. Это приводит к не оправданной потере в чувствительности РПУ при приеме слабых сигналов, ког да перегрузка тракта заведомо отсутствует.
Задержанная АРУ (рис. 7,17) не имеет отмеченного недостатка, так как диод VD1 в детекторе АРУ заперт дополнительным смещением (напряжени ем задержки), образующимся за счет действия двух делителей напряжения: базового делителя /?61 , /?б2 дифференциального каскада на транзисторах VTl, VT2, VT3 и дополнительного делителя /?д1 , /?д2 , с помощью которого можно точно подобрать величину Ез . В результате, пока амплитуда сигнала U на аноде диода VD1 не пр® ышает IfTJ , цепь АРУ не работает. Начиная с £/, > |/?31диод VD1 открывается и к регулируемому каскаду поступает до полнительное смещение, в результате чего транзистор VT1 начинает откры ваться, a VT2 —запираться, что приводит к уменьшению коэффициента усиле ния последнего. Уровень сигнала на входе АРУ, соответствующий началу рабо ты АРУ, называют порогом работы АРУ Еп (см. рис. 7.15).
В качестве регулируемого каскада на рис. 7.17 показан дифференциаль ный усилитель на транзисторах VTl, VT2, VT3. В основе способа изменения усиления в таком каскаде лежит перераспределение неизменного тока транзи стора VT3 между VT1 и VT2 при подаче на VT1 напряжения . С уменьшени ем части тока, ответвляющегося в VT2 , происходит снижение переменной со ставляющей сигнала, т.е. уменьшение усиления каскада.
В случае задержанной АРУ совмещение детекторов основного канала и АРУ недопустимо, так как РПУ не будет принимать слабые сигналы. Во избе жание неравномерного шунтирования контуров полосового фильтра (ПФ) на рис. 7.17 оба детектора на диодах VD2 (основной) и VD1 (АРУ) подключены к разным контурам ПФ. Так как первый контур ПФ находится под постоян ным напряжением, равным напряжению питания транзистора УПЧ, то детектор АРУ должен выполняться по параллельной схеме (см.:п. 6.2.5).
Эффективность АРУ может быть оцедена с помощью двух пар отсчетов на ее амплитудной характеристике (см. рис. 7.15) : отношения уровней входного сигнала п = ^ д т ^х/^шш и 0ТН°шения соответствующих им уровней выходно го сигнала m ** £/вых шаховых mi» высококачественной АРУ m = = 3 -4 дБ прия =* 6080 дБ и более.
Для уменьшения величины m , т. е. повышения эффективности АРУ (ха
рактеристика 2 на'рис. 7.15), следует применять усиленную АРУ, для чего в петлю АРУ включают дополнительный усилитель на промежуточной частоте или после детектора (УЕГГ). В первом случае необходимо принять меры по по-
17 Зак. 5685
вышению устойчивости к самовозбуждению тракта промежуточной частоты из-за чрезмерного усиления в нем.
7.4.2. Анализ системы автоматической регулировки усиления
Рассмотрим обобщенную структурную схему петли АРУ (рис. 7.18), где блок с коэффициентом передачи К(и^) отражает регулируемые каскады, сквозное усиление которых К зависит от регулирующего напряжения U ; их (О, и2 (0 - соответственно амплитуда входного и выходного сигналов;
блок с коэффициентом передачи Кр |
учитывает также передаточные свойства |
||
детектора АРУ и дополнительного усилителя АРУ. |
|||
Пусть характеристика К |
= f ( U ) |
аппроксимирована линейной зависимо |
|
стью (рис. 7.19): |
|
|
|
К = К 0 - aUp |
|
(7.15) |
|
где а= tgv = |
V ^ p m a x |
|
|
Если амплитуда непрерывного сигнала U2 на нагрузке детектора меньше |
|||
напряжения задержки (£7 < |
|/?з 1), то £/р = 0, и коэффициент усиления # ( £ /) |
||
равен А*0 Тогда выходной сигнал |
|
||
u2( 0 = V l W |
|
<7Л6> |
|
Если U2 > |
|2Г3| ,то |
|
|
u2 ( t ) = K ( U p) Ul(t). |
|
(7.17) |
|
Здесь U определяется в результате решения линейного операторного уравне ния ФН&
L(Up) = K p (u2 ( t ) - \ E 3\) , |
(7.18) |
где L —линейный оператор ФНЧ.
В соответствии со структурой АРУ (см. рис. 7.18) можно записать систему уравнений, вытекающих из (7.16)—(7.18):
Рис. 7.18 |
Рис. 7,19 |
Щ>и |
^ m3 < l ^ s l |
|
|
« 2(0 =А ’0и1( 0 ; |
|
при U2 > 1^1 |
|
|
|
“2 (0 = ^ ( « p) « i ( 0 ; |
(7.19) |
при |
U2 > |ЯЭ1 |
|
|
Ц и р] = Ар («2 ( 0 - |
1^зI) |
Задаваясь ввдом оператора/, [и ] и зависимостью (7.15), с помощью сис темы (7.19) можно исследовать АРУ по трем показателям: эффективности, т. е. определить т и п , быстродействию и устойчивости. Приведем некоторые результаты такого исследования.
Если считать, что процесс управления в петле АРУ установился, то из
(7.19) |
следует: |
|
|
при |
и2 (Т) < |
|Е31 |
|
|
и, ( 0 = |
^ ( 0 ; |
(7.20) |
при |
Ы2 (f) > |
I Ез | |
|
(К0 + ЛП£->|)«1(0
И* (0 =
“ Т Г а Ц о )
т е К = аКр
Из решения (7.20) получаем статическую амплитудную характеристику
АРУ (рис. 7.20), где при и%-+«> |
lim и2 = \Ea1+ K J K 1) . |
Как следует из (7.20) , для |
эффективности регулировки надо увеличи |
вать петлевое усиление аКр , так как при этом малые изменения <хК соот ветствуют большим изменениям и Таким образом, доказана целесообраз ность дополнительного усиления в петле АРУ (усиленная АРУ).
Влияние: параметров цепи АРУ на модулированные колебания в тракте в первом приближении можно исследовать, используя (7.18). Наиболее простые соотношения получаются для малых коэффициентов глубины модуляции на
входе т |
dui |
du2 |
= ----- и выходе т |
= — тракта, для которых эквивалентная модель |
|
1 |
dt |
dt |
процессов соответствует квазилинейной системе автоматического регулирова ния.
Приведем основные результаты анализа: 1) коэффициент глубины моду ляции на выходе тракта меньше, чем на его входе; 2) изменение глубины мо дуляции при АРУ будет тем больше, чем больше уровень несущего колебания; 3) если на выходе фильтра АРУ напряжение и зависит от частоты модуляции, то действие АРУ приводит к частотным искажениям; 4) увеличивая постоян ную времени ФНЧ в петле АРУ тф , можно устранить как подавление глубины модуляции, так и частотные искажения модулирующего сигнала. Однако при этом уменьшается быстродействие АРУ, которая перестает реагировать на воз можные быстрые изменения сигнала на входе РПУ, например вследствие зами
раний. Поэтому величина т для радиовещательных РПУ |
» 0,02—0,2 с, |
для связных РПУ Тф » 0,01-1 с. Иногда Тф целесообразно сделать перемен ной, что позволяет адаптировать ее к характеру изменений принимаемого сиг нала.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ И ПОВТОРЕНИЯ
7.1.Укажите назначение различных видов регулировок в РПУ. 12 , Начертите схемы
иструктуры электронной настройки колебательных систем в РПУ. 7.3. В чем сущность сопряжения настроек контуров в супергетеродинном РПУ? 7.4. От чего зависит эффектив ность АПЧ гетеродина РПУ? 7,5. Поясните понятия полосы удержания и полосы захвата в системе АПЧ. Укажите,в чем сущность их влияния на работу РПУ. 7.6.Чемотлжаются'час тотная ифазовая системы АПЧ? 7.7. В чем состоит отличие принципов работы АРУ в систе мах с регулировкой вперед п и '^азал1*? В чем достоинства и недостатки таких систем? 7.8. Какие требования предъявляются к регулируемому элементу в системах АРУ ? 7.9. Укажите, какие факторы определяют вид амплитудной характеристики АРУ? 7.10. На что влияет выбор постоянной времени цепи АРУ? 7.11. Начертите схемы АРУ, укажите на значения элементов.