курсач / материалы / Проектирование радиоприемных устройств. Под ред. Сиверса А.П. 1976г

где п — общее число каскадов приемника; /<)ВЬ1Х— коэффициент усиления одного выходного каскада (полученное по формуле число округляется до меньшего целого),

Эффективность работы АРУ в значительной степени зависит от i выбранного способа регулирования усиления, В транзисторных ; усилителях применяются следующие способы регулировок:

1) изменение режима работы транзистора по постоянному току (рис. 10.10, а);

2) изменение глубины отрицательной обратной связи (рис, 10.10, б);

Рис. 10.10. Примеры схем каскадов с регулировкой режима по постоянному току (а), изменением глубины отрицательной обратой связи (б) и регули­ руемым аттенюатором (в).

3) изменение коэффициента передачи регулируемых аттенюато­ ров регулирующим напряжением (рис. 10.10, в).

Первый способ является простейшим и его часто используют на практике. Недостаток его заключается в том, что при больших напряжениях регулирования (7Р в каскаде наблюдаются нелинейные искажения. Линейность амплитудной характеристики транзистор­ ного каскада, использующего второй способ регулировки, наоборот, возрастает при увеличении регулирующего напряжения, однако эти каскады сложнее в наладке и эксплуатации и применяются сравни­ тельно редко. Введением большого числа регулируемых аттенюато­ ров можно обеспечить значительный диапазон регулирования. Кроме того, регулируемые аттенюаторы можно использовать и в со­ четании с регулируемыми транзисторными каскадами, но при вклю­ чении регулируемого аттенюатора уменьшается начальный коэф­ фициент усиления усилителя.

Расчет регулируемых каскадов практически ничем не отличается от расчета линейных каскадов УПЧ и УВЧ (см. гл. 6). В результате этих расчетов определяются: максимальный коэффициент усиления Ктах регулируемого каскада, соответствующий исключению управ­ ляющего элемента из схемы (для управляемого транзистора Ктах = | Pol, где ] РоI — модуль коэффициента усиления транзис­ тора по току в схеме с ОЭ); номинальный коэффициент усиления

402

я

Кп регулируемого каскада (при Up = 0); начальный (при Up =» 0) коэффициент усиления КОр приемника (усилителя).

Приближенное уравнение регулировочной характеристики уси­

U. « Uо

* Koi

для схемы на рис, 10.10, в, где [70, U'q — номинальные напряжения на управляемых р — n-переходах, определяемые выбранным исход­ ным режимом работы управляемых транзисторов и диодов; <р,г — температурный потенциал управляемого перехода (при комнатной температуре срт « 0,025 В).

Номинальное напряжение между базой и эмиттером регулируе­ мого транзистора (рис. 10.10, а) выбирается в соответствии со спра­ вочными данными в пределах 0,2—0,8 В, Исходное напряжение Uo на диоде в цепи обратной связи (рис. 10.10, б) устанавливают на экспоненциальном участке вольт-амперной характеристики (Uo « « 0, 1... 1 В), выбирая сопротивление резистора цепи регулировки

где /Од—начальный ток диода, соответствующий выбранному напря­ жению Ua (оценивается по вольт-амперной характеристике диода).

В регулируемом аттенюаторе в исходном состоянии напряжение на диод не подается. Регулирующее напряжение, выделяемое на дио­ де, должно меняться в пределах экспоненциального участка вольтамперной характеристики (Uo = 0,1...1 В) диода. Сопротивление Rp следует подобрать так, чтобы большая часть регулирующего напряжения выделялась на диоде, в то же время оно не должно за­ метно шунтировать нагрузку предыдущего каскада 7?н:

403

По приведенным формулам можно рассчитать регулировочную характеристику приемника (рис. 10.11).

Регулировочную характеристику усилителя, содержащего пр регулируемых каскадов с коэффициентом усиления АРп и п нерегу­

Для обеспечения такого изменения необходимо регулировать уси­ ление пр каскадов, где

Полученную величину округляем до большего целого.

Требуемое число регулируемых каскадов должно быть меньше max-

Пр Пр щах» (10.29)

Выполнение этого условия означает, что заданные параметры ста­ тического режима АРУ можно получить в неусиленной системе АРУ, регулируя усиление только пр каскадов. В противном случае в состав АРУ необходимо ввести усилитель. При этом целесооб­

По регулировочной характеристике каскада можно найти необ­ ходимое для получения этого изменения максимальное регулирую­ щее напряжение (7Р шах. Его можно также рассчитать следующим образом:

Up max

^max

Kal

Л01

1

■) (10.32)

1

Ашах. п

*01 У

-Атах Яр._

Koi у

для схемы на рис. 10.10, в. Коэффициент усиления цепи АРУ

405

туды сигнала на выходе приемника. Если цепь АРУ подключается непосредственно к выходу приемника, то напряжение задержки, отнесенное ко входу цепи АРУ, равно номинальной стабилизируемой амплитуде выходного сигнала

Если АРУ подключено не к выходу приемника, то напряжение'

где Авых п— коэффициент усиления выходных каскадов, включен- :' ных между точкой подключения цепи АРУ и выходом приемника. При этом подразумевается, что глубина модуляции равна 100%. Най­ денные параметры системы' АРУ, определяющие ее поведение в ста­ ционарном режиме при отсутствии амплитудной модуляции сигнала, можно уточнить, учитывая требования к допустимым искажениям модулирующего сигнала и к переходным процессам в системе АРУ,

10.3. РАСЧЕТ ДИНАМИЧЕСКОГО РЕЖИМА СИСТЕМЫ АРУ ПЕРВОГО ПОРЯДКА

Системой АРУ первого порядка называется система АРУ, со­ держащая одну из цепей с постоянной времени, значительно превы­ шающей постоянные времени дпугих ее цепей. В такой системе АРУ

S

Рис. 10.12. Схемы инерционных цепей АРУ.

инерционной цепью может быть либо детектор, эквивалентная по­ стоянная времени которого превышает постоянные времени других цепей, либо специальный фильтр (рис. 10.12), стоящий после безы­ нерционного детектора. При расчете системы необходимо опреде­ лить постоянную времени интегрирующей PC-цепи АРУ т$ и уточ­ нить величины Аару и пр, учитывая требования к переходному процессу и допустимые искажения модулирующего сигнала.

Исходными данными для расчета АРУ, предназначенной для | приемника амплитудно-модулированных сигналов, являются мак-,

406

л

симально допустимые значения фазового сдвига сръ изменения глу­ бины модуляции и коэффициента нелинейных искажений Kt на минимальной частоте модулирующего сигнала £2mln. Из ана­ лиза работы АРУ установлено, что фазовый сдвиг огибающей на выходе приемника по сравнению с огибающей на входе, а также нелинейные искажения увеличиваются с ростом интенсивности обратной связи N, причем в рассматриваемой системе глубина моду­ ляции всегда уменьшается и тем больше, чем больше N.

Таким образом, наибольшие искажения происходят при макси­ мальной интенсивности обратной связи, поэтому сначала строим зависимость

В зависимости от формы регулировочной характеристики коэф­ фициент N меняется по-разному при изменении входного сигнала иът в динамическом диапазоне (рис. 10.13). При t/EX < t/BX mtn, при котором начинает работать система АРУ, система разомкнута и N = 0. При UBX t/EX min коэффициент N отличается от 0.

Если известно аналитическое выражение регулировочной кривой

соответственно (для схем на рис. 10.10, а, би 10.10, е)

А(6/Вх) = АаруX

'-'О

407

теристики (рис. 10.15, а) целесообразно применить следующий приб­ лиженный способ построения зависимости N

вал кусочной аппроксимации делим пополам и определяем коэф­ фициент усиления Кп, соответствующий середине этого л-го интер-

408

вала. По приближенной формуле

находим амплитуду входного сигнала UBXn, соответствующую выб­ ранной точке, и крутизну регулировочной характеристики на этом участке Spyn. Коэффициент Nn для этой точки равен

Рис. 10.15. Графики зависимостей K(UB) (а) и N(UBX) (б).

При детальном расчете параметров переходных и стационарных процессов во всем диапазоне изменения амплитуд входных сигналов необходимо определить N для каждого заданного значения амплиту­ ды входного сигнала. В процессе проектирования системы АРУ параметры, обеспечивающие устойчивую работу ее, следует выбирать при максимальном значении коэффициента N (UBX) в заданном диа­ пазоне изменения амплитуд входного сигнала UBX. Если система АРУ устойчива при сигнале, для которого N = Мтвх, то она устой­ чива и при любых других сигналах. Общее условие для выбора ми­ нимально допустимого значения постоянной времени тф определяет­ ся неравенством

Условия (10.45) получены для непрерывной системы АРУ. Учитывая, что для инерционных АРУ практически всегда тф > ТЯ» эти условия распространены с достаточной для практики точностью и на импульсные системы АРУ.

Если в ТЗ на приемное устройство задана длительность пере­ ходного процесса в системе АРУ /уу при величине перепадов ампли­ туд Dn, то максимально допустимое значение постоянной времени цепи АРУ можно выбрать из условия

тФ (Zyy/2,2) (1 + tfn). (10.47)

409

Параметр Уп соответствует заданной величине перепада Dn =

— UBxn/UBX min амплитуд сигнала относительно минимальной амплитуды сигнала на входе UBX min, при которой начинает работать АРУ и No = 0. Величину Nn находят или графически по характерис­ тике N = f (UBX), или аналитически при UBTn = DaUBX mIn.

Если в приемном устройстве с АРУ необходимо одновременно сохранить с высокой точностью закон модуляции и обеспечить малое время установления переходных процессов, то одновременно должны быть соблюдены условия (10.45) и (10.47):

Эти условия могут оказаться невыполнимыми, если

max >(1+^4^.

^min Рп

При этом следует скорректировать расчет стационарного режима, изменив исходные условия, или построить систему АРУ, применив более сложные фильтры (при этом увеличивается порядок уравне­ ния, описывающего систему АРУ).

Следует заметить, что переходный процесс системы АРУ первого порядка монотонный, и поэтому требования по ограничению выбро­ сов всегда выполняются. Кроме того, система непрерывного действия всегда устойчива. Для импульсной системы АРУ первого порядка условие устойчивости с учетом необходимого запаса устойчивости имеет вид

Коэффициент запаса устойчивости % выбирается с учетом разбросов параметров системы

порядка с учетом запаса устойчивости и возможного разброса пара­ метров выбирают из условия

торому получается большая величина тф. Рассчитанную постоянную времени цепи АРУ можно реализовать, или применяя специальный фильтр в цепи АРУ, или строя детектор АРУ таким образом, при ко­ тором его эквивалентная постоянная времени будет равна расчет­ ному значению тэ = тф.

Пример 10.1. Требуется рассчитать систему АРУ с обратной связью, входящую в состав приемного устройства, принимающего амплитудно-модулированные импульсные сигналы,

410

Исход-ныг данные', динамический диапазон изменения, амплитуд входного сигнала Uвх mln = 5 мкВ; £7ВХ тах = 5 мВ, D = 103; максимально допустимое изменение амплитуды сигнала на выходе приемника А (7ВЫх тах = 0,5 В; номинальное выходное напряже­ ние £7ВЫх0 — 1 В; система АРУ должна быть устойчивой с учетом разброса параметров элементов системы; коэффициент запаса устой­

=10°; допустимое изменение глубины модуляции твых/твх =

=0,95; допустимый коэффициент нелинейных искажений I(f —

=0,15; максимально допустимое значение длительности пере­ ходного процесса tr? 0,3 с при изменении амплитуды входного сигнала скачком на Dn — 6 дБ; длительность и частота повторения импульсов т = 1 мкс; Fn = 1000 Гц (q — 1/тЛп = 103).

УПЧ приемника содержит восемь каскадов. Усиление каждого каскада УПЧ /<01 = 4,2 (12,5 дБ). Детектор приемника имеет коэф­ фициент передачи /<д = 0,3. Видеоусилитель содержит два каскада е коэффициентами усиления Кву1 = 4, /Сву.г = 2. В каскадах УПЧ и ВУ применены транзисторы ГТЗП.-Из расчета УПЧ и ВУ извест­ но, что выходной порог ограничения УПЧ и видеоусилителя соот­ ветственно равны t/orpi = 2 В, £7Огр2 = 5 В. Исходный, режим в кас­ кадах УПЧ выбран так, что [7а = 0,3 В, Kmax = I Pel = 8,32.

Расчет .

1. Из расчета приемного канала можно найти параметры ампли­ тудной характеристики. Начальный коэффициент усиления, опре­

2. По формуле (10.4) вычисляем напряжение ограничения видеоусилителя, приведенное к выходу УПЧ, Uorp вУ= 2 4•5.0 3 = 2,1 В.

канала определяется ограничением УПЧ и приведенный к его вы­ ходу равен (10.4) £/Огр = 2 • 0,3 • 4 ■ 2 = 4,8 В.

3. Напряжение задержки, приведенное к выходу приемника, определяется заданным номинальным уровнем выходного сигнала

кать непосредственно с выхода видеоусилителя.

4. Полное число каскадов приемника, с учетом детектора и видео­ усилителя равно п = 11. Учитывая условие (10.14) можно уста­ новить, что не все эти каскады можно охватить цепью АРУ. Макси­ мальная амплитуда сигнала на базе регулируемого каскада УПЧ

411 j