3.4 Система ару
В зависимости от назначения и степени универсальности радиоприемник имеет различные органы управления: для настройки на частоту нужного радиосигнала, для согласования уровня выходного сигнала и других параметров с требованиями потребителя принимаемой информации. Управление может быть ручным или автоматическим. Автоматическое управление выполняется по командам, введенным в программное управляющее устройство; функции человека при этом исключаются либо сводятся к включению управляющего устройства, например к нажатию клавиши и т.п.
Автоматические регулировки необходимы для обеспечения приема при быстро изменяющихся условиях, когда оператор не может действовать с достаточной быстротой и точностью, пользуясь ручными регуляторами. Кроме того, автоматизация позволяет упростить функции оператора либо вовсе исключить необходимость обслуживания приемной аппаратуры.
Функции регулировок усложняются, когда требуется обеспечить прием сложных сигналов при меняющихся условиях распространения и в сложной шумовой обстановке. Адаптация приемника к таким ситуациям для наиболее точного воспроизведения передаваемой информации представляет трудную задачу; оператор решает ее путем последовательных проб, которые требуют затраты времени и связаны с потерей части информации. Электронные автоматические регуляторы, основанные на применении быстродействующих микропроцессоров, решают эту задачу.
Основная тенденция развития всех видов техники, в том числе радиосвязи и радиовещания, – создание телеуправляемых и полностью автоматизированных систем. В этом случае все регулировки, необходимые для поддержания соответствия оборудования техническим требованиям, должны выполняться автоматически.
К наиболее распространенным автоматическим регулировкам приемников относят автоматическую регулировку усиления (АРУ) и автоматическую подстройку частоты (АПЧ).
Автоматическая регулировка усиления обеспечивает поддержание на выходе усилителя промежуточной частоты уровня сигнала, достаточно высокого и стабильного для воспроизведения сообщений от радиостанций различной мощности, находящихся на разных расстояниях и в меняющихся условиях распространения радиоволн. Благодаря простоте АРУ применяется почти во всех радиоприемниках.
Цепи АРУ могут включать следующие элементы приемника:
– усилители радио- и промежуточной частоты, приспособленные для
регулировки усиления изменением регулирующего напряжения;
– детекторы для получения регулирующих напряжений путем выпрямления сигнала;
– дополнительные усилители для увеличения регулирующего напряжения при необходимости повысить эффективность АРУ;
– цепи, обеспечивающие пороговое напряжение для получения регулировки с задержкой;
– фильтры нижних частот для подавления продуктов модуляции сигнала в цепях регулирующих напряжений.
Типичные упрощенные схемы АРУ представлены на рисунке - 3.15. В варианте на рисунке - 3.15, а регулирующее напряжение формируется в результате выпрямления напряжения усиленного сигнала с выхода усилителя. Напряжение от детектора Д подается через дополнительный усилитель У и фильтр нижних частот Ф в направлении, обратном направлению прохождения сигнала в регулируемом усилителе. Со стороны выхода оно действует на предшествующие усилительные каскады, поэтому такая регулировка называется обратной АРУ. Усилитель У может быть включен и до детектора Д. Если напряжение на выходе регулируемого усилителя достаточно велико, то этот усилитель не применяют.
В цепи обратной АРУ усиление регулируется благодаря изменению регулирующего напряжения Uрег, которое, в свою очередь, изменяется в результате изменения напряжения сигнала на выходе регулируемого усилителя. Следовательно, в цепи обратной АРУ неизбежно и необходимо некоторое изменение выходного напряжения. При правильном выборе параметров цепи это изменение не выходит за допустимые пределы.
В схеме на рисунке - 3.15,б регулирующее напряжение вырабатывается в результате усиления и выпрямления входного напряжения и действует в том же «прямом» направлении, в котором проходит принимаемый сигнал в регулируемом усилителе. Соответственно такая цепь называется прямой АРУ. В отличии от обратной АРУ, здесь регулирующее напряжение не зависит от напряжения на выходе усилителя, т.е. имеется теоретическая возможность полного постоянства выходного напряжения. На практике реализовать эту возможность не удается. Как было выяснено, условие постоянства выходного напряжения состоит в строго определенном законе изменения коэффициента усиления при изменении напряжения на входе. В реальных условиях коэффициент усиления регулируют цепями, свойства которых зависят от регулирующего напряжения. Эту зависимость обеспечивают нелинейные элементы, но их характеристики определяются спецификой происходящих в них сложных физических процессов и управлять формой этих характеристик можно лишь в очень слабой степени.
Рисунок 3.15 — Структурная схема построения «обратной» АРУ и амплитудные характеристики усилителя без АРУ, с простой АРУ и с АРУ с задержкой
Для расчета действия АРУ и РРУ воспользуемся пакетом MultiSim.
Рисунок 3.16 – Схема РРУ
Рисунок 3.17 – Схема АРУ
Результаты моделирования приведем в виде рисунков 3.18, 3.19 и 3.20
Рисунок 3.18 – Осциллограмма автоматической регулировки усиления
Из осциллограммы выпишем уровни сигнала: на входе АРУ
Uвх= 988,077∙10-6 В, на выходеАРУ Uвых= 1,180 В.
По ним определимдействиеавтоматическойрегулировки усиленияпри изменении уровня сигнала на выходе:
Получивщиеся значение соответствует ГОСТ 5651-89: действие АРУ при изменении уровня сигнала на выходе не более 10 дБ.
Рисунок 3.19 — Осциллограмма автоматической регулировки усиления
Из осциллограммы выпишем уровни изменений входного сигнала:Uвх1=988,077∙10-6 В,Uвх2=9,999∙10-3 В.
По ним определимдействиеавтоматическойрегулировки усиленияпри изменении уровня сигнала на входе:
Получивщиеся значение соответствует ГОСТ 5651-89: действие АРУ при изменении уровня сигнала на выходе 46 дБ.
Рисунок 3.20– Осциллограмма ручной регулировки усиления
Из осциллограммы выпишем уровни сигнала: на входе
Uвх=993,961∙10-6 В, на выходеUвых=4,429∙10-3 В.
По ним рассчитаем глубину ручной регулировки усиления в децибелах:
Получивщиеся значение соответствует глубине РРУ по техническому заданию.