§ 8.2. Элементы систем ару

В общем случае в систему АРУ вх( дят регулируемые элементы, ампл* тудный детектор с принудительны смещением (задержкой) или без неп фильтры и дополнительные усилител на переменном или постоянном ток (до детектора АРУ или после него Специфическими здесь являются pi гулируемые элементы, поэтому д; лее они рассматриваются более по, робно. Обычно применяются чист электрические методы регулировани! Основными из них можно считан следующие:

1) изменение усилительных пар. метров активных приборов путем npi ложения регулирующего напряжен «_р к их электродам. При этом изм няется режим работы активного пр бора, поэтому подобные способы и менения усиления иногда называй режимными;

2) использование аттенюаторо включаемых в тракт прохождеш сигнала и управляемых регулиру! щим напряжением «_р;

3) применение управляемых цеп отрицательной обратной связи. П] этом регулирующее напряжение воздействует на элементы, определи! щие коэффициент передачи цепи с ратной связи Р U_oeIU_BUX, что пр водит к изменению усиления усил теля, охваченного отрицательной с ратной связью Кое К1(\ -~ РА_);

4) изменение нагрузочных сопр тивлений усилительных каскадов г тем применения управляемых conf тивлений — варисторов, диодов, ( полярных и полевых транзисторов.

Используются и комбинированн схемы регулировки, объединяющие i сколько перечисленных методов pel лирования.

Приведем несколько конкретн примеров различных регулировок у

нения. Режимные регулировки наилучшим образом реализуются применительно к полевым транзисторам и электронным лампам. У этих приборов крутизна 5 зависит от напряжения между затвором и истоком (сеткой и катодом), причем в области напряжений, где токи затвора или управляющей сетки отсутствуют. Это позволяет подачей м_р в цепь затвора или управляющей сетки регулировать усиление каскада практически без затраты мощности от источника напряжения u_v.

Принципиальные схемы ввода напряжения и_р применительно к полевым транзисторам приведены на рис. 8.7. В схеме рис. 8.7, а регулирующее напряжение вводится в цепь затвора через CR-фильтр, обладающий малой постоянной времени и служащий только для фильтрации составля-ляющих несущей частоты сигнала. Напряжение и_р имеет отрицательный знак, так как используется транзистор с n-каналом, а увеличение «_р должно приводить к снижению крутизны.

В схеме рис. 8.7, б напряжение и_р вводится в цепь второго затвора двух-затворного транзистора с р-каналом. В обоих случаях при и_р 0 положение рабочей точки определяется автоматическим смещением за счет сопротивления R_u (\Е₀\ = /(■/?„)• Это сопротивление, создавая обратную связь на постоянном токе, препятствует изменению крутизны S при воздействии

Up и поэтому иногда исключается из схемы регулируемого каскада. В этом случае начальное напряжение смещения подается по цепи напряжения u_v (и_р = £„ при неработающей системе АРУ).

Для усилителей на полевых транзисторах можно считать, что зависимость коэффициента усиления от напряжения Up Ко ("р) целиком определяется зависимостью 5 (и_р), так как Ko^SRgK' ^а Я_зк = const.

В схемах усилителей на биполярных транзисторах регулирующее напряжение обычно вводится в цепь базы (рис. 8.8, а) с такой полярностью, чтобы его увеличение уменьшало коллекторный ток /_к транзистора. Низкочастотная крутизна S₀ биполярного транзистора, его входная g и выходная gi проводимости, а также постоянная времени т зависят от тока /„ так, как показано на рис. 8.9. Таким образом, при увеличении напряжения «_р будет уменьшаться ток /_к, а также крутизна 5₀, что и требуется для осуществления АРУ. Однако одновременно уменьшаются входная и выходная проводимости, что приводит к росту усиления предшествующего и данного каскадов.

Из рассмотрения этих эффектов следует, что режимная регулировка биполярных транзисторов затруднена за счет воздействия противоположно изменяющихся параметров. Необходимо, чтобы определяющим было изменение крутизны S„. Этому условию

обычно удовлетворяют транзисторы с большим значением f> = h_2l , (коэффициент передачи тока в схеме ОЭ) и малым сопротивлением базы г_г,- Регулировочная способность зависит от рабочей частоты. На данной рабочей частоте модуль крутизны \S\

S„;V\ 4 со'²т² , причем т изменяется так же, как и S_n (см. рис. 8.9). Если сА² <С 1, то |5| да S₀, но при в»Н* > > 1 |S| да S_c/cot и режимная регулировка вообще невозможна, так как \S\ перестает зависеть от /_к.

В основе регулируемого усилителя, изображенного на рис. 8.8, б, лежит часто используемая в приемной технике дифференциальная микросхема в особом включении. Транзисторы Т_;1 и Т.₂ образуют каскодное соединение. Регулирующее напряжение подается на базу транзистора Т{, При повышении напряжения и,, транзистор 7', все больше отпирается, его ток увеличивается. Одновременно падает коллекторный ток транзистора Т₂, так как сумма этих токов равна току транзистора Т_я и практически постоянна. Таким образом, регулировка усиления происходит за счет косвенного влияния напряжения и_в на ток и крутизну транзистора Т₂

благодаря перераспределению ток транзистора Г., между транзисторам Г„ Т₂.

Из сказанного следует, что на ос новании зависимостей (обычно экс периментальных), изображенных н рис. 8.9, можно построить зависимост К„ (/„•) 5 (/„) R_3lt (/_к), а затем ш ресчитать изменения коллекторног тока /_к в изменения регулирующег напряжения и_р и получить завио мость К_п («р)- Диапазон изменени коэффициента усиления одного каскг да при режимной регулировке не мс жет превышать некоторого предел, определяемого просачиванием сигш ла через почти закрытый транзисто

(паразитные емкости) и допустимым максимальным током через него. Обычно не удается получить изменения усиления на один каскад более чем в 60—80 раз, а с учетом допустимых нелинейных искажений огибающей — в 15—20 раз.

На рис. 8.10 приведены примеры управляемых аттенюаторов, используемых в качестве регулируемых элементов систем АРУ. На рис. 8.10, а изображена схема двухзвенного диодного аттенюатора. Диоды Д_а и Д₂ при отсутствии напряжения «_р максимально отперты отрицательным напряжением, снимаемым с делителя R_XR₂-При этом коэффициент передачи максимален, так как внутреннее сопротивление диодов минимально. По мере увеличения напряжения «_р диоды подзапираются, их сопротивления увеличиваются и коэффициент передачи падает. Отношение /С_|11аД|„ |„ может достигать 10³ на не очень высокой рабочей частоте. Следует учитывать, что при сильных сигналах диоды работают в области большой кривизны их характеристик и нелинейные искажения могут достигать недопустимых значений. С учетом этого не

рекомендуется изменять коэффициент передачи одной ячейки аттенюатора более чем в 60—70 раз. На рис. 8.10, б роль регулируемого сопротивления играет полевой транзистор Г,, (R — гасящее сопротивление). Регулируемый полевой транзистор устанавливается в режим малого напряжения на стоке и работает на участке выходной характеристики, расположенной до точки перегиба. В этом режиме полевой транзистор обладает внутренним сопротивлением, зависящим от напряжения на затворе.

При слабом сигнале «_р = 0 и транзистор заперт. Коэффициент передачи при этом максимален. По мере увеличения сигнала повышается напряжение и₀ (в данном случае u_v <Z < 0, так как транзистор имеет р-ка-нал) и транзистор отпирается, снижая свое внутреннее сопротивление. Перепад сопротивлений, даваемый полевым транзистором с изолированным затвором, может быть очень большим (R, да 700 кОм — 500 Ом). Отношение К max/Km in Д^ля ОДНОГО Звена МО-

жет достигать 10³—(3 • 10³) при сравнительно небольших нелинейных искажениях, так как транзистор именно при больших сигналах работает в области наивысшей линейности характеристик. Это характерно для схем, в которых регулируемые элементы стоят в параллельных ветвях аттенюатора.

Переходные процессы, устойчивость, искажения комплексной огибающей сигнала при действии АРУ во многом зависят от свойств и вида фильтра, входящего в систему АРУ. В основном используется однозвенный /?С-фильтр низких частот (рис. 8.11 ,а). Он дает апериодический процесс установления усиления и обеспечивает устойчивость системы, если является единственным инерционным звеном. Реже применяется двух-звенный А'С-фильтр низких частот (рис. 8.11, б), который дает апериодический процесс установления только при определенном соотношении постоянных времени звеньев и не обеспечивает абсолютной устойчивости

системы АРУ. Однако он может обеспечить большую скорость переходного процесса. Используются также однозвенные корректированные RC-фильтры низких частот (рис. 8.11,в). Подобный фильтр по сравнения с фильтром рис. 8.11, а дает меньший фазовый сдвиг между напряжениями «₂ и «1 при большем коэффициенте передачи в области высших частот [при Q оо Кф RARi + В специальных случаях может применяться фильтр в виде двойного Т-образного моста (рис. 8.11, г), имеющий Кф да 0 на частоте баланса. Частоту баланса берут равной частоте полезной модуляции сигнала. Иногда роль фильтра, определяющего инерцино-ность системы АРУ, играет нагрузочная цепь детектора АРУ, т. е. используется инерционный детектор.

В системах с непрерывным сигналом регулирующее напряжение образуется обычно в результате детектирования колебаний высокой или промежуточной частоты, так как оно должно быть пропорционально амплитуде несущей. В частности, в качестве детектора АРУ может использоваться детектор канала сигнала с добавлением цепей, позволяющих осуществить задержку. В системах с импульсным сигналом, когда амплитуда выходных видеоимпульсов пропорциональна амплитуде радиоимпульсов на входе приемника (нет видеоограничителей), могут использоваться видеоимпульсные детекторы АРУ, инерционные по отношению к огибающей видеонмпульсной последовательности или безынерционные.

В импульсных системах находят также применение ключевые детекторы и детекторы со сбросом (с принудительным разрядом емкости нагрузки перед приходом каждого импульса). Эти детекторы по существу являются расширителями импульсов (от т_и до Т_П| где Т„ — период повторения импульсов) и их не следует рассматривать как инерционные звенья. Подобные детекторы позволяют повысить устойчивость системы АРУ и до-

биться большой глубины регулирования. Могут применяться и транзисторные детекторы с учетом присущих им недостатков, позволяющие повысить эффективность системы АРУ без специальных усилителей.

В системах АРУ обычно используются усилители постоянного напряжения (УПН). Они имеют верхнюю граничную частоту F_B F_K, где F_M — частота модуляции, и поэтому могут обладать высоким коэффициентом усиления. Питание УПН должно осуществляться таким образом, чтобы получалось регулирующее напряжение требуемой полярности. Выходное сопротивление УПН желательнс иметь возможно малым (для исключения дополнительного инерционного звена), поэтому иногда в качестве вы ходного каскада УПН используют эмиттерный повторитель или каска; с глубокой отрицательной обратно! связью по напряжению.