2. Регулируемые усилители

Регулируемым усилителем системы АРУ называют каскады ЛТП, охваченные цепью регулировки. В состав регулируемого усилителя могут входить каскады с постоянным усилением и элементы межкаскадных связей с регулируемыми коэффициентами передачи (регулируемые делители напряжения).

Регулируемыми каскадами обычно являются каскады УРЧ, ПрЧ и первые каскады УПЧ, где уровни усиливаемых сигналов ещё невелики. Число регулируемых каскадов зависит от требуемой эффективности АРУ. Во избежание значительных нелинейных искажений сигнал на входе регулируемых каскадов не должен превышать 10 мВ. Допустимое входное напряжение для регулируемых каскадов на ПТ может быть несколько большим при прочих равных условиях.

Регулировка усиления каскада изменением крутизны ВАХ УЭ.

Такая регулировка осуществляется изменением режима работы УЭ по постоянному току и называется режимной регулировкой. В этом случае изменение напряжения смещения на управляющем электроде УЭ – напряжения база-эмиттер U_БЭ0 в БТ – вызывает существенные изменения крутизны характеристики в рабочей точке, а также входной и выходной проводимостей каскада. При изменении напряжения смещения на базе ПТ практически меняется только крутизна характеристики.

Один из вариантов схемы каскада усиления с регулировкой напряжения на базе БТ показан на рис.9.4.

Рис.9.4. Каскад усиления с регулировкой напряжения на базе БТ

Здесь регулирующее напряжение U_РЕГ подаётся в цепь базы транзистора; при этом меняется напряжение смещения относительно эмиттера, что влечёт за собой изменение тока коллектора. Следствием этого является изменение коэффициента усиления каскада. Достоинством этого варианта регулировки состоит в том, что ток регулировки, равный току делителя I_Д = (5...10)I_Б0, невелик.

Режимная регулировка осуществляется наиболее просто и используется во всех диапазонах частот.

Регулировка каскада усиления изменением эквивалентного сопротивления нагруженного контура.

Эта регулировка осуществляется путём шунтирования контура переменным сопротивлением, в качестве которых используются диоды, варисторы или транзисторы. На рис.9.5 показана регулировка каскада усиления с подключённым параллельно контуру диодом VD.

Рис.9.5. Схема регулировки каскада усиления с подключением диода

параллельно контуру

Когда напряжение на контуре U_К < U_РЕГ, диод закрыт и контур практически им не шунтируется. При этом эквивалентное сопротивление контура R_ЭКВ и резонансный коэффициент усиления К₀ максимальны. При U_РЕГ < U_К диод закрывается и его прямое сопротивление шунтирует контур. В этом случае R_ЭКВ, а следовательно, и К₀ уменьшаются.

Регулировка усиления К₀ изменением эквивалентного сопротивления R_ЭКВ нагруженного контура приводит к изменению добротности контура, что вызывает изменение его полосы пропускания, а это может повлечь ухудшение избирательности приёмника. По этой причине такой способ регулировки усиления применяется редко.

Аттенюаторная регулировка усиления

При изменении коэффициента передачи аттенюатора, включённого между усилительными каскадами, режим УЭ по постоянному току не меняется. На рис.9.6 приведены схемы аттенюаторов с последовательной (продольной) и параллельной (поперечной) регулируемыми ветвями.

Рис.9.6. Схемы аттенюаторов с продольной (а) и поперечной (б)

регулируемыми ветвями

Если функции регулируемого элемента выполняет диод, то нелинейность его ВАХ наиболее сильно выражена на участке перехода от области прямого тока к области обратного тока. Действительно, сопротивление диода в области прямого тока составляет десятки Ом, а в области обратного тока – сотни Ом. Поэтому при сильных сигналах предпочтительнее аттенюаторы, в параллельные регулируемые ветви которых включены диоды в режиме прямого тока (рис.9.6,б). Это следует из того, что преобладающая часть входного напряжения будет теряться в резисторах продольных ветвей (т.е. в последовательных цепях). Незначительное остаточное напряжение на диоде параллельной ветви не приведёт к проявлению его нелинейных свойств.

Методы регулировки, основанные на изменении коэффициента передачи аттенюатора, характеризуются большой глубиной регулировки при малых нелинейных искажениях, а также малым уровнем шума.

Регулировка усиления с помощью ООС

Коэффициент усиления каскада, охваченного ООС, при прочих равных условиях зависит от глубины обратной связи. Изменение глубины ООС осуществляется с помощью дополнительных управляемых полупроводниковых приборов, которые работают как элементы с переменными параметрами.

На рис.9.7 показана типовая схема каскада усиления с регулируемой ООС по току.

Рис.9.7. Схема регулировки каскада усиления с помощью ООС

В каскаде параллельно резистору R_Э в цепи эмиттера по переменному току включается варикап VD с небольшой ёмкостью C_VD . Комплексное сопротивление цепи R_ЭC_VD определяет глубину ООС. При увеличении постоянного напряжения U_РЕГ диод VD закрывается сильнее, и его ёмкость уменьшается. При этом напряжение ООС увеличивается и, как следствие, резонансный коэффициент усиления каскада К₀ уменьшается. Блокировочный конденсатор С_БЛ служит для разделения по постоянному току цепей регулировки и питания транзистора VT.

Регулировка путём изменения глубины ООС обычно осуществляется в первых каскадах РПрУ, поскольку с увеличением глубины ООС при увеличении уровня принимаемого сигнала улучшается линейность амплитудной характеристики (снижается уровень нелинейных искажений).

Все рассмотренные способы изменения усиления применимы как для ручных, так и для автоматических систем регулировок РПрУ.