2.2.2. Схемы нережимных ару

Нережимные методы регулирования основаны, главным образом, на применении диодов и транзисторов как элементов с переменными R и C в схемах различных аттенюаторов или в цепях обратной связи усилительных каскадов.

В данной работе исследуется управляемый аттенюатор (рис. 5) на основе микросхемы К2НК041 (набор элементов комбинированный). В исходном режиме диоды открыты напряжением начального смещения, и затухание, вносимое аттенюатором в схему, невелико. При увеличении сигнала регулирующее напряжение, поступающее через резисторы и , возрастает и запирает диоды, что приводит к уменьшению коэффициента передачи аттенюатора. Недостаток такого аттенюатора – значительный уровень нелинейных искажений, так как диоды сами начинают детектировать сигналы с напряжением около 20-30 мВ. Поэтому аттенюатор целесообразно располагать ближе к входу приемника, где уровень сигнала мал.

Другой способ нережимной регулировки – АРУ с регулируемой обратной связью – реализуется в данной работе на основе микросхемы 2УС281 (рис. 6). Сигнал подается на базу транзистора (вывод 2 микросхемы). К выводу 4 через разделительный конденсатор подключен транзистор , так что усилительный каскад на оказывается охваченным отрицательной обратной связью по току. Под действием регулирующего напряжения, подведенного к базе , изменяется сопротивление промежутка эмиттер-коллектор транзистора (изменение может достигать 10⁴ раз), что приводит к изменению глубины обратной связи, а, следовательно, и усиления каскада на транзисторе .

3. Статический режим работы ару

Статическим режимом АРУ называют поведение системы АРУ при неизменной амплитуде входного сигнала. Анализ этого режима позволяет произвести расчет ряда характеристик АРУ и определить эффективность ее работы.

Одной из основных характеристик АРУ является амплитудная характеристика, представляющая собой зависимость амплитуды напряжения на детекторе от амплитуды напряжения на входе первого регулируемого каскада .

На рис. 7 приведены амплитудные характеристики простой и задержанной АРУ, а также амплитудная характеристика усилителя без АРУ. Простая АРУ начинает действовать от самых слабых входных сигналов, затрудняя получение достаточного усиления. В этом заключен недостаток простой АРУ. Задержанная АРУ вступает в действие лишь тогда, когда напряжение на входе превысит некоторую начальную величину, благодаря чему обеспечивается большее постоянство выходного напряжения.

Эффективность работы АРУ можно оценить двумя величинами:

; , (1)

т.е. относительным изменением амплитуд напряжения на детекторе при изменении амплитуды входного напряжения в определенных пределах. Обычно , .

Постоянство напряжения на детекторе, определяемое величиной p, зависит от напряжения задержки на детекторе АРУ, наибольшего регулирующего напряжения и коэффициента передачи детектора АРУ . Действительно,

, (2)

откуда

. (3)

Учитывая, что порогу срабатывания АРУ соответствует , получаем

. (4)

Формула (4) показывает, что с увеличением напряжения задержки , а, следовательно, и напряжения величина p приближается к единице, т.е. напряжение на детекторе становится более стабильным. Если (транзисторный детектор АРУ) или в цепи АРУ используется дополнительный усилитель, то обеспечивается еще большее постоянство выходного напряжения.

Отношение определяет требуемое изменение усиления приемника под действием системы АРУ. Способы реализации этого отношения многообразны и определяются конкретной схемой АРУ. В качестве примера рассмотрим схемы АРУ с управлением по базе (эмиттеру) и схему АРУ на управляемом аттенюаторе.

Коэффициент усиления на резонансной частоте каскада с одиночным контуром (рис. 8) определяется известным выражением:

, (5)

где

- вносимая проводимость.

Крутизна характеристики полагается в дальнейшем действительной величиной S, что справедливо при использовании достаточно высокочастотных транзисторов.

Низкочастотное значение крутизны зависит от :

, (6)

где =26 мВ – температурный потенциал;

- статический коэффициент усиления по току.

Отношение =0,75 Ом – для различных типов маломощных транзисторов. Учитывая, что и в первом приближении пропорциональны току коллектора и вводя отношение токов

, (7)

получаем вместо (5)

, (8)

где

; (9)

; (10)

Зависимость коэффициента усиления от параметра регулирования называется регулировочной характеристикой усилителя. Таким образом, зависимость (8) определяет регулировочную характеристику рассматриваемого усилительного каскада, причем параметром регулирования является коллекторный ток транзистора .

Как следует из (9) и (10), коэффициенты и растут с уменьшением , препятствуя регулировке, благодаря чему регулировочная характеристика становится нелинейной. Однако эта нелинейность незначительна для небольших токов .

Принимая и учитывая, что , получаем

(11)

Обеспечит ли схема АРУ требуемое отношение ? Для этого надо рассмотреть работу замкнутой системы АРУ.

Введем коэффициент управления , показывающий влияние регулирующего напряжения на параметр регулирования:

. (12)

Коэффициент N является крутизной характеристики , полученной из расчета конкретного регулируемого каскада как усилителя постоянного тока.

Например, для схемы АРУ с управлением по базе

, (13)

а для схемы АРУ с управлением по эмиттеру

. (14)

Для простоты полагаем . Ток коллектора регулируемого каскада изменяется по закону

. (15)

Требуемая величина будет реализована, если

. (16)

Таким образом, система АРУ обеспечит заданную эффективность, если для каждого регулируемого каскада обеспечена необходимая величина . Практически коэффициент N изменяется с помощью резисторов и .

Статический режим работы схемы АРУ на управляемом аттенюаторе имеет свои особенности. Коэффициент передачи аттенюатора (см. рис. 5) с идентичными диодами

, (17)

где - общее сопротивление делителя;

- результирующее входное сопротивление последующего каскада;

- дифференциальное сопротивление диода.

Диапазон регулирования при выполнении неравенств , , получается наибольшим:

. (18)

На практике реализация наибольшего диапазона регулирования достигается путем подбора резисторов делителя и и резистора .