§ 1.5. СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОЙ РЕГУЛИРОВКИ УСИЛЕНИЯ

Системы автоматической регулировки усиления (АРУ) широко применяются в радиоприемных устройствах различного назначения, они предназначены для стабилизации уровня сигнала на выходе усилителей при большом динамическом диапазоне изменения входного сигнала, достигающим, например, в радиолокационных приемниках 60-100 дБ. При таком диапазоне изменения входного сигнала и отсутствии системы АРУ нарушается нормальная работа приемных устройств, что проявляется в перегрузке последующих каскадов приемника. В системах автоматического сопровождения цели РЛС

перегрузка каскадов приемника приводит к искажению амплптудной модуляции, к снижению коэффициентов усгяления, вплоть до срыва сопровождения. В системах стабилизации частоты большой динамический диапазон изменения сигнала вызывает изменение крутизны дискриминационной характеристики, что резко снижает качество работы системы.

Системы АРУ делятся на три основных типа [7]: 1) с обратной связью (с обратным действием); 2) без обратной связи (прямого действия); 3) комбинированные. Существуют одно- и многопетлевые системы АРУ с непрерывной и цифровой регулировкой.

«Функциональная схема системы АРУ с обратной связью показана на рис, 1.13.

Рис. 1.13. Функциональная схема АРУ

Рис. 1.14.. Схема регулируемого каскада

Входное напряжение поступает на усилитель (У) с регулируемым коэффициентом усиления. Выходное напряжение этого усилителя детектируется, после чего суммируется с напряжением задержки Суммарное напряжение усиливается усилителем постоянного тока (УПТ) и подается на фильтр нижних частот (ФПЧ). Напряжение с ФНЧ используется для регулировки коэффициента усиления входного сигнала. Зависимость коэффициента усиления усилителя входного сигнала от управляющего напряжения называют регулировочной характеристикой. В общем случае эта характеристика нелинейная, однако приближенно она может быть заменена линейной зависимостью вида

где коэффициент усиления при управляющем напряжении, равном нулю; а — крутизна регулировочной характеристики,

Изменение коэффициента усиления может быть достигнуто различными способами: путем включения управ-? ляемого аттенюатора, изменением крутизны характеристик электронных приборов и др. [7]. В качестве примера на рис. 1.14 показана схема усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, в котором управляющее напряжение подается на базу транзистора VT. При увеличении управляющего напряжения напряжение на базе повышается, в результате чего коэффициент усиления каскада уменьшается.

Эффект стабилизации уровня выходного напряжения достигается за счет того, что с ростом урбйня увеличивается и управляющее напряжение под действием которого в соответствии с выражением (1.22) уменьшается коэффициент усиления усилителя входного сигнала, что приводит к снижению уровня выходного сигнала.

Для того чтобы не снижать усиление при слабых входных сигналах и начать управление коэффициентом усиления усилителя только при достижении входным сигналом определенного уровня в систему АРУ подают напряжение задержки . В результате напряжение управления появится только в том случае, когда напряжение с амплитудного детектора превысит напряжение задержки.

ФНЧ в цепи обратной связи системы АРУ предназначен для передачи управляющего напряжения с частотами изменения уровня выходного напряжения АРУ. При этом ФНЧ не должен пропускать колебания упрайляющего напряжения с частотами спектра полезной модуляции сигнала в противном случае происходит демодуляция входного сигнала, ослабляющая выходной сигнал.

Непосредственно из схемы рис. 1.13 следует, что напряжение на выходе УПТ

где — коэффициент передачи детектора.

Управляющее напряжение на выходе ФНЧ находят из следующего дифференциального уравнения:

Напряжение на выходе системы АРУ

Уравнениям (1.23) — (1.25) соответствует структурная схема системы изображенная на рис. 1.15. В этой схеме нелинейное звено описывается зависимостью

Рис. 1.15. Структурная схема системы АРУ

Отличительной особенностью системы АРУ по сравнению с системами РА, рассмотренными в предыдущих параграфах, является зависимость коэффициента передачи системы от времени, что происходит из-за наличия в системе (рис. 1.15) звена с коэффициентом передачи Кроме того, из-за нелинейного звена с характеристикой (1.26) система АРУ является нелинейной. Анализ нелинейных систем с переменными параметрами является сложной задачей.

Рис. 1.16. Регулировочные характеристики системы АРУ

В установившемся режиме при постоянном уровне напряжения на входе системы АРУ из уравнений (1.23) — (1.26) следуют следующие соотношения:

где коэффициент усиления УПТ.

Уравнение (1.27) определяет регулировочную

характеристику системы АРУ с обратной связью (кривая 2 на рис. 1.16), на этом же рисунке изображена характеристика без АРУ (кривая 1) и регулировочная характеристика с идеальной системой АРУ (кривая 3).