Преобразование сигналов с использованием функциональных преобразователей, страница 2

На рис. 12.3, а, б приведены соответственно схемы сжатия (компрессор) и расширения (экспандер) динамического диапазона сигналов. В схеме рис. 12.3, а выходное напряжение  детектора и опорное напряжение  суммируются в операционном усилителе (ОУ)

и подаются на второй вход АПС, на выходе которого

,

откуда

.                         (12.6)

Из (12.6) видно, что при малых значениях  усиление схемы максимально и равно , а с ростом амплитуды входного сигнала оно падает (динамическое сжатие); при больших  схема ограничивает  на уровне .

а                                                                         б

Рис. 12.3

Аналогично для схемы на рис. 12.3, б можно получить выражение

,                     (12.7)

из которого видно, что с ростом значения , коэффициент усиления К^э и амплитуда выходного напряжения возрастают (динамическое расширение).

Рис. 12.4

АПС, включенный последовательно с резистором R (рис. 12.4), дает один из наиболее эффективных способов управления сопротивлением. Эквивалентное сопротивление схемы АПС+R для входного сигнала  определяется из выражения

,

где

,

т. е. схема АПС+R – это сопротивление, управляемое напряжением U_y, прикладываемым ко второму входу АПС

.                                    (12.8)

Схема АПС+R нашла широкое использование в активных RC-фильтрах и RC-генераторах, управляемых напряжением [20].

Благодаря обширным функциональным возможностям АПС широко используется также в устройствах измерительной и вычислительной техники для умножения и деления напряжений, возведения в степень, извлечения корня, определения среднеквадратического отклонения, реализации тригонометрических функций и векторных операций [19, 20].

12.3.1.  Задачи

12.3.1. Усилитель с регулируемым коэффициентом передачи

1. Перемножитель сигналов (рис. 12.2, а) функционирует как усилитель с регулируемым коэффициентом усиления. На вход  подается управляющий сигнал , а на вход  – гармоническое колебание, т. е. .

Запишите аналитическое выражение зависимости амплитуды выходного напряжения  от управляющего напряжения  при  как в области , так и при . Изобразите графически эту зависимость.

2. Перемножитель сигналов используется в схеме временной автоматической регулировки усиления (ВАРУ) эхосигналов локационной системы. На вход Y подается принимаемый сигнал, причем амплитуда эхосигнала от объекта локации изменяется во времени (с расстоянием) по закону

, ,

где  – амплитуда эхосигнала в начале цикла приема ();  – скорость распространения колебаний в среде;  – коэффициент затухания этих колебаний;  – время, являющееся эквивалентом дальности  до объекта ();  – период повторения излучаемых (и эхо) сигналов,  – дальность действия локационной системы.

Определите требуемый закон изменения коэффициента усиления  во времени и, следовательно, управляющего сигнала , подаваемого на вход , для получения неизменной во времени (т. е. с расстоянием) амплитуды сигнала на выходе перемножителя (критерий равносигнального приема). Изобразите графики  и .

Примечание. Для классификации объектов локации необходимо, чтобы эхосигналы от одного и того же объекта на разных расстояниях при поступлении на индикаторы и регистраторы оставались постоянными по амплитуде.

3. На входе компрессора, содержащего АПС, ОУ и детектор (см. рис. 12.3, а), подается сигнал, амплитуда которого изменяется в диапазоне от 0.05 В до 5 В.

Во сколько раз уменьшится динамический диапазон выходного сигнала, если  В, а  и m соответственно равны: а) 0.1 и 1; б) 1 и 1; в) 1 и 10.

4. Схема экспандера изображена на рис. 12.3, б. Динамический диапазон сигнала на входе составляет (0.01–1) В. Выведите выражение для коэффициента расширения () динамического диапазона сигнала на выходе экспандера, если известно, что а) В, ; б)  В, ; в)  В, ;

5. В некоторых системах (например, акустических) первоначально применяется сжатие динамического диапазона сигнала, а затем его расширение, т. е. последовательное использование компрессора и экспандера (рис. 12.3).

Выведите общее выражение для выходного напряжения, полагая, что напряжение компрессора непосредственно поступает на вход экспандера (), и частное выражение для случая, когда , .

6. На входы  и  перемножителя сигналов, выполненного на базе микросхемы К140МА1, подаются соответственно напряжения  и . Зависимость амплитуды выходного напряжения  от напряжения  на входе  дана на рис. 12.5; параметром семейства характеристик  служит амплитуда  сигнала .

Определите и постройте зависимость коэффициента усиления К от: а) смещения  для  мВ; б) амплитуды  входного сигнала для  В.