текст лекций / 28. АРУ

Автоматическая регулировка усиления.

Широкое применение в приёмниках диспетчерской связи находит АРУ, основанная на принципе использования отрицательной связи по среднему уровню принимаемого сигнала (рис 2)

АРУ предназначен для поддержания постоянного выходного напряжения на выходе приёмника при широком изменении входного сигнала.

Феддинговый эффект - эффект замирания (наложения). Для устранения эффекта замирания используется не один приёмный центр, а три на расстоянии 15-20 км. На выходе от трёх центров получаем сигнал.

АРУ действует на все каскады УПЧ и на все каскады УВЧ, кроме I. АРУ представляет собой систему отрицательной обратной связи по напряжению ( если увеличивается, то АРУ в противофазе уменьшает коэффициент усиления).

Если сигнал усиливается на входе радиоприёмного устройства, то АРУ воздействует на коэффициент усиления и понижает

Если сигнал на входе уменьшается, то АРУ не воздействует на коэффициент усиления, коэффициент усиления max. А если входной сигнал уменьшается до min, то АРУ не функционирует.

АРУ бывает: -простое; -с усилителем; -с задержкой; -с задержкой и усилением.

Поступающий из антенны на вход приемника сигнал Е усиливается в высокочастотном тракте, состоящем из преселектора и тракта промежуточной частоты. Коэффициент усиления линейного тракта может регулироваться пот действием управляющего напряжения Для получения такого напряжения сигнал с выхода линейного тракта передается на детектор АРУ, на выходе которого установлен фильтр нижних частот (ФНЧ). Он пропускает колебания, обусловленные только медленными изменениями среднего уровня сигнала. Сравнительно быстрые колебании звуковых частот налаживаются этим фильтром и практически отсутствуют на выходе. Коэффициент передачи тракта АРУ зависит от наличия в нём усилителя. Усилитель может располагаться до детектора. В этом случае он является усилителем, подобным УПЧ. Если усилитель включается после ФНЧ, то он должен быть считан на усиление весьма низкочастотных колебаний. представляющих собой медленные изменения уровня постоянного тока. Поэтому он называется усилителем постоянного тока (УПТ).

В любом из этих двух вариантов, получаемая система регулирования называется усиленной АРУ.

Простая АРУ, без усилителя, имеет коэффициент передачи меньше единицы, так как детектор АРУ и ФНЧ несколько понижают уровни напряжения.

При наличии в антенне сигнала, равного по величине чувствительности приемника выходное напряжение линейного тракта соответствует нормальной величине благодаря усилению .

Увеличение сигнала в антенне на приводит к росту (выходного напряжения на которое в свою очередь уве­нчивает на уровень управляющего напряжения.

Имея в виду коэффициент передачи тракта АРУ, можно определить приращение управляющего сигнала

Под его воздействием коэффициент усиления линейного тракта снижается до . Полагая для простоты, что между усилением К и управляющим напряжением существует прямая пропорциональная зависимость, получим

Поскольку усиление падает с ростом то коэффициент пропорциональности между ними отрицателен .

Где - крутизна характеристики регулирования

Используя выражение 9 и 7можно определить выходное напряжение при увеличении ЭДС в антенне

И приращение

Числитель выражения (10) определяется приращением выходного напряжения за счёт при отсутствии АРУ и называется коэффициентом регулирования.

Разделив обе части равенства (10) на и используя обозначение уравнения (11), получим

После добавления к обеим частям равенства (12) по единице, с учётом выражения (11), оно преобразуется к виду

Или

Так как

Выражение (13) характеризует эффективность АРУ. Оно показывает, во сколько раз увеличивается выходное напряжение приемника с ростом ЭДС в антенне с учетом регулирующего действия системы АРУ.

Коэффициент регулирования зависит от крутизны регулировочной характеристике , т.е от того, насколько сильно сильно изменяется усиление приемника под действием управляющего напряжения. Для увеличения крутизны желательно на все усилительные каскады приёмника подавать регулирующее напряжение. Однако первый каскад УВЧ в большинстве случаев не подвергается воздействию АРУ. Это объясняется тем, что снижение его коэффициента усиления при увеличении сигнала повысило бы влияние шумов преобразователя частоты.

Смеситель преобразователя частоты также не всегда включается в контур АРУ во избежание влияния на режим преобразования.

Коэффициент регулирования можно повысить, используя в тракте АРУ усилитель. Действие различных схем АРУ иллюстрируется графиками зависимости амплитуд (или действующих значений) выходного напряжения приёмника от ЭДС в антенне (рис. 3)

Без АРУ (кривая 1) с ростом уровня сигнала наступает ограничение амплитуды из-за перегрузки, особенно в выходных каскадах приёмника. Оно приводит к нелинейным искажениям.

Действие простой АРУ проявляется в виде уменьшения усилении с увеличением сигнала, благодаря которому угол наклона амплитудой характеристики уменьшается. Здесь не возникает не линейных искажений. Однако простая АРУ снижает усиление и для слабых сигналов, ухудшая чувствительность приёмника. Чтобы исключить это явление, на детектор АРУ подается напряжение задержки . Детектор остается запертым этим напряжением, а система АРУ бездействующей, пока подводимое к детектору напряжение сигнала не превысит . Это произойдет при . Поэтому начальный участок характеристики 2 АРУ с задержкой совпадает с кривой 1. При она имеет наклон аналогично кривой 3.

Увеличение угла наклона характеристики 4 достигается применением усиленной АРУ с задержкой, которая обычно и применяется в приемниках диспетчерской связи.

Поскольку АРУ представляет собой систему с обратной связью, то она может работать неустойчиво и даже самовозбуждаться. Наличие возбуждения обнаруживается на выходе приемника в виде низкочастотных колебаний при приёме немодулированных сигналов.

Анализ условий устойчивости оказывает, что она возрастает по мере понижения частоты верхнего среза ФНЧ, т.е с увеличением постоянной времени фильтра . Однако это приводит к повышению инерционности АРУ. Она не сможет реагировать на сравнительно быстрые замирания сигнала на быструю перестройку приемника.

Увеличение частоты верхнего среза (уменьшение ) может привести к пропусканию через фильтр АРУ низкочастотных составляющих модулирующего (звукового) сигнала. Для них произойдет уменьшение сигнала, т.е понизится глубина .