Аналіз функціональних схем, основні елементи систем автоматичного регулювання підсилення (стр. 1 из 5)
АНАЛІЗ ФУНКЦІОНАЛЬНИХ СХЕМ, ОСНОВНІ ЕЛЕМЕНТИ СИСТЕМ АРП
1. Загальна характеристика та аналіз функціональних схем системрегулювання підсилення
Різновиди систем АРП
Автоматичне регулювання підсилення призначене для підтримки рівня вихідного сигналу прийомного пристрою або підсилювача поблизу деякого номінального значення при зміні рівня вхідного сигналу. Автоматичне виконання цієї функції необхідно тому, що зміни рівня вхідного сигналу можуть відбуватися хаотично і досить швидко. Ручне регулювання підсилення використовується лише для установки рівня вихідного сигналу, що повинний підтримуватися системою АРП.
Є багато причин, через які рівень вхідного сигналу безупинно змінюється [8]:
- зміна відстані між джерелом випромінювання і приймальним пристроєм;
- зміна умов поширення радіохвиль;
- інтерференція радіохвиль, що прийшли в місце прийому по різних
шляхах;
- перебудова приймача з однієї станції на іншу;
- зміна взаємоспрямованості приймальних і передавальних антен і т.д.
У радіозв'язку напруга сигналу на вході приймача може зміняться в 106 раз і більше. Вихідна напруга приймача при цьому не повинна змінюватися більш ніж у 1,2 ÷ 3 рази. Ця вимога диктується як припустимими перекручуваннями інформаційної складової сигналу в тракті прийомного пристрою, так і відсутністю перевантажень його каскадів, що можуть привести до тривалих утрат чутливості. При цьому сама система АРП не повинна викликати надмірних перекручувань огинаючої сигналу або призводити до появи паразитної амплітудної модуляції сигналу, тобто система АРП повинна бути стійкою.
В ідеальному випадку вихідна напруга приймача (підсилювача) повинна залишатися незмінною після досягнення деякого значення Uвих min, що забезпечує нормальну роботу кінцевої апаратури. Це значить, що коефіцієнт підсилення повинний змінюватися за законом [9]
Реальні системи АРП відповідають цьому співвідношенню з великим або меншим наближенням.
Системи АРП можуть бути зворотнімиі прямими. Зворотні системи АРП є системами зі зворотним зв'язком — у них точка знімання напруги для формування регулюючого впливу розташована далі від входу приймача, чим точка прикладення регулюючого впливу. Інакше кажучи, це системи з регулюванням «назад». У прямих системах АРП точка знімання напруги для запуску схеми АРП розташована ближче до входу приймача, чим точка прикладення регулюючого впливу. Ці системи не утворюють кола зворотнього зв'язку і є системами з регулюванням «уперед». Кожна з цих систем має переваги і недоліки.
Зворотні системи АРП не можуть дати повної сталості вихідної напруги, тому що воно є вхідним для системи АРП і повинне містити інформацію для відповідної зміни регулюючого впливу. Крім того, вони не можуть забезпечити одночасно велику глибину регулювання (Uвих ≈ const) і високу швидкодію з міркувань стійкості. Однак ці системи захищають від перевантажень усі каскади приймача, розташовані далі від входу, чим точка прикладення регулюючого впливу, а самі ланцюги АРП є під впливом сигналу зі стиснутим динамічним діапазоном і також не піддані перевантаженням.
Прямі системи АРП принципово можуть забезпечити ідеальне регулювання, тобто Uвих ≈constпри Uвих ≥ Uвихmin і як завгодно високу швидкодію. Однак практично це не досягається, тому що ступінь сталості вихідної напруги обумовлений конкретними даними елементів ланцюга АРП і ланцюгів прийомного пристрою, підданих технологічним розкидам, тимчасовим і режимним змінам. Ланцюг АРП захищає від перевантажень тільки ті каскади, що розташовані далі точки прикладення регулюючого впливу, і сам є під впливом сигналу із широким динамічним діапазоном, тобто підданий перевантаженням і повинен містити внутрішні зворотні системи АРП. У цьому випадку система АРП практично перетворюється в окремий канал прийомного пристрою, не менш складний, чим його основний канал.
Усі ці причини призводять до того, що в даний час більше поширення одержали зворотні системи АРП. Очевидно, кращі результати може дати застосування комбінованої системи АРП, що включає в себе ланцюги зворотньої і прямої АРП з переважаючим впливом зворотнього ланцюга АРП. Функціональна схема такої комбінованої системи АРП приведена на рис. 1.
Рис 1. Функціональна схема комбінованої системи АРП
Зворотня система АРП утворюється детектором АРП ДАРП 1 , фільтром Ф1 і всіма каскадами основного тракту, розташованими між точкою прикладення регулюючої напруги Uр1 і виходом блоку високої частоти (БВЧ).
В пряму систему АРП входять детектор Д АРП 2 , фільтр Ф2 і підсилювач постійної напруги У АРП 2 .Регулююча напруга Uр2 вводиться в БВЧ і в підсилювач низької частоти - ПНЧ (останнє не обов'язково і використовується рідко). Фільтри Ф1, Ф2 додають ланцюгам АРП необхідну інерційність, обумовлену як розуміннями стійкості (АРП1), так і відсутності демодуляції АМ-сигнала (АРП1, АРП2). Роль фільтрів Ф1і Ф2 можуть грати навантажувальні ланцюги відповідних детекторів. Регулюючі напруги Uр1 і Uр2 містять складові, що змінюються з частотами паразитної амплітудної модуляції вхідного сигналу, обумовленої перерахованими раніше причинами, але не містять складових, що змінюються з частотою корисної модуляції. Ці складові безперешкодно проходять через основний тракт радіоприймального пристрою, виділяються детектором Д и підсилюються підсилювачем низької частоти, утворюючи вихідну напругу приймача U вих. НЧ. Звичайно немає необхідності знижувати посилення слабких сигналівU вх > U вх min, що не створюють перевантажень приймача і не забезпечують номінальної вихідної напруги навіть при максимальному посиленні БВЧ і ПНЧ. Для додання ланцюгам АРП граничних властивостей, тобто включення їх тільки при визначеній амплітуді сигналу, ланцюг АРП замикають примусовим зсувом і відмикають тільки після того, як напруга сигналу перевищить напругу запирання. Звичайна напруга запирання («затримки») подається на детектори або підсилювачі АРП. На рис. 3.1 це напруги Ез1і Е зПодібні системи АРП називаються затриманими. Затримка може бути введена по середньому значенню сигналу або по максимуму. Якщо постійна часу навантажувального ланцюга, ДАРП1, менше періоду повторення імпульсів (при імпульсному сигналі) і діод Д АРП 1 , замкнений напругою затримки Е31, то при Uвих < Е31 система АРП буде розімкнута. При U вих >Е31 діод ДАРП 1 відкривається кожним імпульсом, що задовольняє цій умові, і після фільтрації у фільтрі Ф1 виробляється регулююча напруга Uр1 , пропорційна амплітуді максимального імпульсу. Це система АРП по максимуму сигналу, що прагне підтримати постійним максимальне значення вихідної напруги.
У системі АРП2 напругою затримки Ез2 закритий підсилювач постійної напруги У АРП Він відкриється тільки тоді, коли випрямлена і профільтрована фільтром Ф2 напруга перевищить Ез Ця напруга пропорційна середньому значенню вхідного сигналу. У такий спосіб створюється система АРП по середньому значенню, що прагне підтримати незмінним середнє значення вихідної напруги. На рис. 3.1 у ланцюзі АРП 1 немає спеціального підсилювача ні в ланцюгах високої частоти, ні на постійному струмі. Це не посиленасистема АРП. Система АРП 2 - посилена,тому що містить підсилювач У АРП 2 посилюючий сигнал у ланцюзі АРП 2 (регулююча напруга). Посилені системи АРП мають більшу глибину регулювання і здатні забезпечувати менший динамічний діапазон вихідного сигналу.
З принципу дії системи АРП випливає, що при слабкому сигналі коефіцієнт підсилення приймача максимальний. При цьому на виході прослуховуються шуми, створені зовнішніми перешкодами і власними флуктуаційними процесами в каскадах радіоприймального пристрою. У деяких випадках це небажано і тоді використовується безшумова система АРП (рис. 2). Автогенератор Г генерує коливання досить високої частоти, які знаходяться поза межами смуги пропускання ПНЧ. Ці коливання детектуються детектором Дг і випрямлена напруга замикає один з каскадів ПНЧ. З появою сигналу за умови Uвих> Е3 замикається система АРП і починає виробляти напругу UР, що прикладається до електродів активного приладу генератора Г и зриває його коливання. При цьому знімається напруга, що замикає ПНЧ, і сигнал починає надходити на вихід.
Рис. Часове регулювання підсилення(ЧРП)
Така функціональна схема приведена на рис. 3. Пусковий імпульс 1 від модулятора РЛС, генеруємий одночасно з зондувальним імпульсом, запускає генератор регулюючої напруги (ГРН). У початковий момент часу напруга Uр взагалі може замикати прийомний тракт, здійснюючи «бланкування» приймача. Потім по мірі зменшення U р підсилення приймача збільшується, доходячи до максимально можливого. Таким чином підсилення виявляється зв'язаним з дальністю. Визначена форма і швидкість зміни Uр (t) встановлюються в залежності від конкретних умов. Система ЧРП є автономною, не зв'язаною з інтенсивністю вхідного сигналу в кожен даний момент часу.
По ступені швидкодії розрізняють інерційніАРП і швидкодіючі АРП (ШАРП). Ступінь швидкодії визначається відносно швидкості зміни інтенсивності сигналу. Висока швидкодія не дозволяє одержати великої глибини регулювання з розумінь стійкості, тому для досягнення загальної великої глибини регулювання приходиться застосовувати кілька послідовних кілець ШАРП (рис. 4. Послідовні кільця ШАРП), причому найчастіше одне кільце охоплює всього один підсилюючий каскад.