Аналіз функціональних схем, основні елементи систем автоматичного регулювання підсилення (стр. 2 из 5)

Рис. 3.Функціональна схема імпульсної системи АРП

Рис. 4. Послідовні кільця ШАРП

ЦифроваАРП (ЦАРП) має ряд переваг перед звичайними аналоговими системами [8,9]:

- незалежність тривалості процесу встановлення необхідного підсилення від рівня вхідного сигналу;

- незалежність регулюючих характеристик від розбросів і конкретних властивостей ланцюга АРП і регулюємого підсилювача (при цілком цифровому виконанні);

- можливість встановлення необхідного підсилення після прийому першого імпульсу;

- астатизм і збереження встановленого підсилення при перервах у прийомі сигналу.

Побудова зворотної системи ЦАРП ілюструється функціональною схемою ( рис. 5. Функціональна схема зворотньої системи ЦАРП ). Вихідна напруга відеопідсилювача перетворюється у двійковий код у перетворювачі напруга — код (ПНК). Код вихідної напруги N _вих порівнюється з еталонним кодом N_е в схемі порівняння кодів (СПК), у результаті чого утворюється код неузгодженості ∆N. Помітимо, що СПК — не що інше, як цифровий граничний пристрій, а еталонний код — цифровий аналог напруги затримки. У результаті порозрядного усереднення в схемі усереднення і запам'ятовування (СУЗ) (цифровий аналог фільтра звичайної АРП) виробляється код регулювання. Код регулювання керує регульованими елементами з дискретним двійковим регулюванням. Число таких елементів дорівнює числу розрядів коду регулювання й у залежності від наявності в даному розряді N _р нуля або одиниці відповідний елемент регулювання має мінімальний або максимальний коефіцієнт передачі. У схемі рис. 5 покладається, що цими регульованими елементами є каскади ППЧ із дискретним регулюванням (ППЧДР). Перепад коефіцієнта передачі елемента, що відповідає даному розрядові, сполучений зі старшинством розряду.

U_вх U_вих U_{вих ВУ}

N_р ∆NN_вих

Рис. 5. Функціонльна схема зворотньої системи ЦАРП

Нехай число регульованих елементів п = 6 і відповідно код регулювання -шестирозрядний. Максимальне значення шестирозрядного двійкового коду

N _рmax = 2⁵ + 2⁴ + 2³ + 2² + 2 +1 = 63

( N_р = а_п-12^n-1 + а_n-22^n-2 +...+ а_n-12^n-1+ ...+а₁ 2¹ + а₀ 2⁰,

де а_j = 0 або 1 ). Нехай загальний динамічний діапазон регулювання посиленняG_р - 126 дБ. Тоді ціна молодшого розряду т = G_p/N_pmax= 126/63 =2 дБ.

Для і-го регульованого елемента перепад посилення G_pi =т2 ^n-1дБ,

Таким чином, регульовані елементи повинні давати наступні перепади підсилення (див. табл. 3.1).

Таблиця 3.1.

І	1	2	3	4	5	6	Всього
G р1,дБ	64	3232	16	8	4	2	126

Ціна молодшого розряду визначає досяжну точність регулювання при ідеальній роботі всіх інших елементів схеми. В принципі можна мати як завгодно високу точність роботи ЦАРП. тому що цифрова схема запам'ятовування N_p є ідеальним інтегратором і забезпечує системі властивість астатизму.

Розглянемо коротко особливості амплітудних характеристик регульованого підсилювача при дії АРП (рис. 6. Амплітудна характеристика регулювання підсилення ). Якщо система АРП відсутня (крива 1), то, починаючи з деякого значення U_вхn з'являється перевантаження підсилювача і його здатність передавати збільшення напруги U_вх губиться. При цьому амплітудна модуляція вхідної напруги спотворюється або усувається зовсім.

При наявності незатриманої системи АРП (крива 2) коефіцієнт підсилення починає зменшуватися з появою напруги U_вх , однак скривлення амплітудної характеристики ще не свідчить про перекручування АМ-сигналу, якщо система АРП інерційна. Зображені на рис. 6 амплітудні характеристики є статичними і зняті при повільній зміні напруги U_вх, тобто при замкнутій системі АРП. Інерційна система АРП не замикається для складових корисної модуляції і тому, захищаючи підсилювач від перевантаження, сприяє неспотвореному відтворенню цієї корисної модуляції сигналу на виході. При наявності затриманої (або підсилено-затриманої) системи АРП (крива 3) коефіцієнт підсилення слабких сигналів (U_вх < U_вхmin) не знижується й амплітудні характеристики підсилювача без АРП і з АРП збігаються за умови U_вх < U_вхmin. Починаючи з деякого значення U_{вх АРП}, сам ланцюг АРП починає перевантажуватися і його стабілізуюча дія послабляється.

Елементи систем АРП

У загальному випадку в систему АРП входять регулюємі елементи, амплітудний детектор із примусовим зсувом (затримкою) або без нього, фільтри і додаткові підсилювачі на змінному або постійному струмі (до детектора АРП або після нього). Специфічними тут є регулюємі елементи, тому далі вони розглядаються більш докладно. Звичайно застосовуються чисто електричні методи регулювання. Основними з них можна вважати наступні [9]:

1) зміна підсилювальних параметрів активних приладів шляхом додатка регулюючої напруги U_р до їхніх електродів. При цьому змінюється режим роботи активного приладу, тому подібні способи зміни посилення іноді називають режимними;

2) використання аттенюаторів. що включаються в тракт проходження сигналу і керованих регулюючою напругою U_Р;

3) застосування керованих ланцюгів негативного зворотного зв'язку. При цьому регулююча напруга U_р впливає на елементи, що визначають коефіцієнт передачі ланцюга зворотного зв'язку β = U_oc / U_вих, що приводить до зміни посилення підсилювача, охопленого негативним зворотнім зв'язком;

4) зміна навантажувальних опорів підсилювальних каскадів шляхом застосування керованих опорів — варикапів, варисторів, діодів, біполярних і польових транзисторів.

Використовуються і комбіновані схеми регулювання, що поєднують кілька перерахованих методів регулювання.

Приведемо кілька конкретних прикладів різних регулювань посилення. Режимні регулювання найкраще реалізуються стосовно до польових транзисторів і електронних ламп. У цих приладів крутість S залежить від напруги між затвором і джерелом (сіткою і катодом), причому в області напруг, де струми затвора або керуючої сітки відсутні. Це дозволяє подачею U_Р у ланцюг затвора або керуючої сітки регулювати посилення каскаду практично без витрати потужності від джерела напруги U_Р.

Принципові схеми введення напруги U_Р стосовно до польових транзисторів приведені на рис. 7. У схемі рис. 7, а регулююча напруга вводиться в ланцюг затвора через СR - фільтр, що володіє малою постійної часу і призначений тільки для фільтрації складових несущої частоти сигналу. Напруга U_Р має негативний знак, тому що використовується транзистор з n-каналом, а збільшення U_р повинне приводити до зниження крутизни.

У схемі рис. 7, б напруга U_р вводиться в ланцюг другого затвора двухзатворного транзистора з р-каналом. В обох випадках при U_р - 0 положення робочої точки визначається автоматичним зсувом за рахунок опору R_u, (|Е₀| = І_оR_u).Це опір, створюючий зворотній зв'язок на постійному струмі, перешкоджає зміні крутизни S при впливі U_Р і тому іноді виключається зі схеми регульованого каскаду. У цьому випадку початкова напруга зсуву подається по ланцюгу напруги U_р (U_Р = Е₀ при непрацюючій системі АРП).