Конспект лекций для студентов 4 курса дневного отделения специальности 210401. 65 «Физика и техника оптической связи»

Достоинства обратной системы АРУ:
– система АРУ защищает от перегрузок все каскады приемника, расположенные дальше от входа, чем точка приложения регулирующего воздействия, а сами цепи АРУ находятся под воздействием сигнала со сжатым динамическим диапазоном и также не подвержены перегрузкам.
– система нечувствительна к изменениям коэффициента усиления системы, связанных со старением активных элементов.
Недостатки обратной АРУ:
– не могут дать полного постоянства выходного напряжения, т.к, оно является входным для системы АРУ и должно содержать информацию для соответствующего изменения регулирующего напряжения.

U_вых

Рис.10.3 Идеальная регулировочная характеристика
U_вх
– указанная система АРУ не может обеспечить одновременно большую глубину регулирования (стремление к идеальной амплитудной характеристике) и высокое быстродействие. Это связано с тем, что с увеличением коэффициента усиления в цепи обратной связи, связанную с необходимостью увеличения глубины регулирования, необходимо увеличивать постоянную времени фильтра в цепи обратной связи (уменьшать быстродействие системы) с тем, чтобы обеспечить устойчивость системы АРУ.
Прямые АРУ принципиально могут обеспечить идеальное регулирование, т.е. при , и сколь угодно высокое быстродействие. Однако практически это не достигается, т.к. степень постоянства выходного напряжения обусловлена конкретными данными элементов цепи АРУ и цепей приемного устройства, подверженных технологическим разбросам, временным и режимным изменениям.
Цепь АРУ "вперед" защищает от перегрузок только те каскады, которые расположены дальше от точки приложения регулирующего воздействия, и сама находится под воздействием сигнала с широким динамическим диапазоном, т.е. подвержена перегрузкам и должна содержать внутренние обратные связи. В этом случае система АРУ практически превращается в отдельный канал приемного устройства, не менее сложный, чем основной канал.
Все эти причины приводят к тому, что в настоящее время большое распространение получили обратные системы АРУ.
Очевидно, лучшие результаты может дать применение комбинированной системы АРУ, включающей в себя цепи прямой и обратной связи, с превалирующим влиянием обратной цепи АРУ.
Структурная схема комбинированной системы АРУ приведена на рисунке 10.4.
Таким образом, прямые регулировки усиления как правило используются лишь в быстродействующих системах или в комбинированных, где основной является обратная система АРУ.




ручная регулировка
Рис. 10.4 Структурная схема комбинированной системы АРУ

10.2.1 Обратная система АРУ

Различают:

– простую систему АРУ,
– усиленную систему АРУ,
– простую систему АРУ с задержкой,
– усиленную систему АРУ с задержкой.
Простая система АРУ включает детектор АРУ и фильтр. Структурная схема простой системы АРУ приведена на рисунке 10.5.

Рис. 10.5 Структурная схема простой обратной системы АРУ

Регулировочная характеристика простой системы АРУ представлена на рисунке 10.6 под номером 1.
U_вых
U_вх

Рис. 10.6 Регулировочная характеристика простой обратной АРУ

Как следует из представленной регулировочной характеристики, к недостаткам простой АРУ следует отнести:

– уменьшение выходного сигнала при слабых сигналах и малая глубина регулирования.

С целью устранения второго недостатка применяются усиленные системы АРУ, которые отличаются от простой системы АРУ тем, что в цепь обратной связи включается после детектора усилитель постоянного тока. В результате этого усиленная система АРУ обладает большей глубиной регулирования. Регулировочная характеристика указанной системы АРУ представлена на рисунке 10.6 под номером 2. Однако при применении усиленной системы АРУ в большей степени подавляются слабые сигналы.

С целью устранения подавления слабых сигналов применяются системы АРУ с задержкой. Суть систем АРУ с задержкой состоит в том, что пока сигнал на выходе не превышает некоторого порогового значения (напряжение задержки U_{задержки})система АРУ отключена. При превышении напряжения задержки включается система АРУ (либо простая (кривая 3) либо усиленная (кривая 4)).

Таким образом, наиболее близко к идеальной регулировочной характеристике приближается регулировочная характеристика усиленной системы АРУ с задержкой.

Регулировка обеспечивается либо изменением рабочей точки активного элемента, либо включением делителей напряжения между каскадами.

Изменение усиления за счет рабочей точки активного элемента обычно осуществляется за счет подачи управляющего напряжения либо в цепь базы, либо в эмиттерную цепь. Принципиальная схема каскада с регулированием по базовой цепи приведена на рисунке 10.7.

Р
ис. 10.7 Принципиальная схема каскада с регулированием по базовой цепи

Как видно из приведенной схемы управляющее напряжение подается в цепь базы. Схема отличается малым потреблением мощности по управляющей цепи. В случае применения полевых транзисторов требуемая мощность управления малая (близка к нулю). Сопротивление в цепи эмиттера R_Э мало, чтобы устранить обратную связь по току, уменьшающую эффективность системы АРУ.

Применение управления по эмиттерной цепи позволяет развязать сигнальную и управляющие цепи. Однако в этом случае требуется большая мощность для управления усилением каскада. Принципиальная схема регулировки по цепи эмиттера приведена на рисунке 10.8.
Р
ис. 10.8 Принципиальная схема регулировки по цепи эмиттера

В настоящее время достаточно часто усиление изменяется за счет включения между каскадами управляемых делителей. Структурная схема этого вида изменения усиления приведена на рисунке 10.9.

R
U_упр

Рис. 10.9 Структурная схема регулировки усиления

Делитель напряжения может состоять из постоянного сопротивления и нелинейного элемента, сопротивление которого и изменяется под действием управляющего напряжения (как это показано на рисунке 10.9). Кроме того, применяются делители, в которых нелинейные элементы включаются вместо постоянного напряжения, а постоянное сопротивление включается на место нелинейного элемента. В некоторых случаях оба плеча являются нелинейными элементами, и их сопротивление изменяется под действием управляющего сигнала. Подобные схемы обладают большим диапазоном регулирования.

В качестве нелинейных управляемых элементов используются:

– полупроводниковые диоды, p-i-n диоды (вариант включения показан на рисунке 10.10а),
– транзисторы (обычно полевые, вариант включения показан на рисунке 10.10 б).

а)

б)
Рис. 10.10 Принципиальные схемы нелинейных управляющих элементов
Применение управляемых делителей позволяет уменьшить нелинейные искажения при изменении коэффициента усиления, и эти схемы более просто реализуются на современной элементной базе.
По степени быстродействия регулировки усиления различают:
– инерционные АРУ,
– быстродействующие (мгновенные) АРУ,
– ключевые АРУ,
– временные АРУ,
– цифровые АРУ.
1. Инерционные АРУ.
Системы АРУ с большой постоянной времени цепи обратной связи (0,1с и более). То, что рассматривалось ранее, относится к этому виду регулировок усиления. АРУ этого типа используется в большенстве современных приемниках.
2. Быстродействующие (мгновенные) АРУ (БАРУ).
Этот вид АРУ применяется в радиолокационных приемниках и является эффективным средством борьбы с помехами, длительность которых превышает длительность сигнального импульса.
Принцип действия быстродействующей АРУ можно пояснить следующим образом. Если на приемник действует мощная помеха, то при отсутствии системы АРУ эта помеха перегружает приемник. При этом если одновременно с помехой на вход приемника поступает сигнальный импульс, то под действием помехи сигнал попадает на участок насыщения амплитудной характеристики приемника. В силу этого происходит подавление сигнала мощной помехой. Приведенные ниже осциллограммы процессов поясняют это явление.