Регулировки в радиоприемниках. Автоматическая регулировка усиления. Автоматическая подстройка частоты

Причины изменения входного сигнала: передатчики различной мощности, изменение условий распространения радиоволн, например, замирания сигнала вследствие интерференции лучей, изменение расстояния между передатчиком и приемником (подвижные объекты). Для обеспечения относительного постоянства выходного напряжения, усиление тракта приемника К должно изменяться обратно пропорционально изменениям уровня входного сигнала (рисунок 6.1)

К

К_max

К_min

        0                                                                     U_вх      

U_{вх min}U_{вх max}

Рисунок 6.1

Зависимость U_вых от U_вх при действии АРУ и без нее приведена на рисунке 6.2.

U_выхБез АРУ

Реальная АРУ

U_{вых max}

U_{вых min}

Идеальная АРУ

       0                                                                         U_вх

U_{вх min}                                         U_{вх max}

Рисунок 6.2

При идеальной цепи АРУ напряжение на выходе тракта не должно изменяться при уровнях входного сигнала, превышающих U_{вх min}, соответствующих номинальной чувствительности приемника. В реальном тракте изменения будут, но гораздо меньше, чем на входе. Введем обозначения для изменений входного и выходного сигналов

А =                и            В =                          (6.1)

Если напряжение на входе изменяется в десятки или в сотни тысяч раз, то на выходе допускается изменение только в несколько раз, а иногда на несколько процентов. Эффективность АРУ оценивается коэффициентом регулирования γ, равным отношению максимального коэффициента усиления тракта к минимальному  γ = К_max / К_min. Так как в тракте с АРУ К_max = U_{вых min} / U_{вх min} и

К_min = U_{вых max} / U_{вх max} , то с учетом (6.1)

γ = = .                             (6.2)

Например, если сигнал на входе приемника изменяется в А = 10⁵ раз, а на выходе УПЧ допустимо изменение напряжения в В = 2 раза, то коэффициент усиления по напряжению в цепи АРУ должен изменяться в γ = 5•10⁴ раз, то есть существенно.

Наибольшее распространение получили следующие способы регулирования усиления:

1. Изменением крутизны прямой передачи активных элементов тракта приемника через изменение режима по постоянному току (режимная или активная АРУ).

2. Изменением величины межкаскадной связи при помощи регулируемых делителей (аттенюаторная или потенциометрическая АРУ).

3. Изменением шунтирования нагрузки усилителей.

4. Изменением величины отрицательной обратной связи (ООС) усилителей.

В практических схемах возможно комбинированное использование указанных методов регулирования.

В зависимости от способа подачи регулирующего напряжения АРУ подразделяются на обратные, прямые и комбинированные.

Структурная схема тракта приема с обратной АРУ приведена на рисунке 6.3. В этой схеме регулирующее напряжение U_рег формируется детектором Д_АРУ на выходе усилительного тракта и после фильтрации оно воздействует на регулируемые цепи, изменяя усиление обратно пропорционально уровню входного сигнала. Для сглаживания пульсаций U_рег, обусловленных полезной модуляцией сигнала или воздействием помех, постоянная времени фильтра в цепи АРУ R_ФС_Ф должна быть соизмерима со средним временем замираний сигнала и больше периода низкочастотных изменений сообщения. На схеме показаны также развязывающие цепочки RС, постоянные времени которых в 10 раз меньше постоянной времени R_ФС_Ф.

ВЦ      УРЧ        СМ        УПЧ                                   Д

U_ВХ                                                                                                        U_ВЫХ  

С                              С

                                                          Г                                          Д_АРУ

R                              R

U_РЕГ          Rф 

Cф

Рисунок 6.3

Обратная АРУ не может быть идеальной, так как в ней принципиально необходимо приращение выходного напряжения ∆U_ВЫХ. Оно создает регулирующее напряжение U_РЕГ для изменения коэффициента усиления К. Если допустить, что АРУ идеальна, то ∆U_ВЫХ = 0, при этом U_РЕГ = const и К = const, регулирование отсутствует, а следовательно, U_ВЫХ должно возрастать пропорционально U_ВХ.

В схеме прямой АРУ (рисунок 6.4) регулирующее напряжение вырабатывается в результате усиления и выпрямления входного напряжения и действует в том же прямом направлении, в котором проходит принимаемый сигнал в регулируемом усилителе. При увеличении U_ВХ напряжение на выходе детектора АРУ возрастает, увеличивается U_РЕГ, что вызывает уменьшение коэффициента усиления регулируемого усилителя К. На выходе напряжение U_ВЫХ = КU_ВХ должно оставаться постоянным.

РУ

                   Вх

                                                                                                    Вых

У          Д_АРУ      Ф                                                  

                                              U_РЕГ                            

Рисунок 6.4

В отличие от обратной АРУ здесь теоретически возможно получить идеальную характеристику регулировки (рисунок 6.2). Практически реализовать эту возможность не удается. Условие постоянства выходного напряжения состоит в строго определенном изменении коэффициента усиления при изменении напряжения на входе. Это невозможно, если учесть, что напряжение на входе, может изменяться в тысячи раз, а на цепи АРУ воздействуют различные дестабилизирующие факторы. Кроме того перед детектором АРУ должен быть усилитель У с большим динамическим диапазоном и коэффициентом усиления, соизмеримым с коэффициентом усиления регулируемого усилителя РУ. Реализовать усилитель с хорошей линейностью в большом диапазоне