Автоматическая регулировка усиления

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Юго-западный государственный университет»

Кафедра Телекоммуникаций

 

 

Отчёт

по лабораторной работе № 1

«ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ АРУ ПРИЕМНИКА»

 

 

Выполнил: студент группы СК-81

 

Фильшин А.С.

 

 

Проверил: Шиленков Е.А.

 

 

Курск 2011

 

Цель работы

 

Изучить принципы построения систем автоматической регулировки усиления (АРУ) приемников, экспериментально исследовать инерционную систему АРУ, сопоставить результаты с теоретическими сведениями о системах АРУ.

 

Основы теории

 

Ручная регулировка усиления

 

Различают ручную и автоматическую регулировки усиления. Ручная регулировка усиления преимущественно используется в трактах звуковой и видеочастот. В усилителях звуковых частот в основном применяют плавную потенциометрическую регулировку усиления (рис. 2).

Этот вид регулировки называют регулировкой громкости. Регулировочное сопротивление обычно ставится между выходом детектора и входом первого каскада усилителя звуковой частоты.

 

 

 

Рисунок 2

 

Наряду с потенциометрической часто осуществляют (особенно в широкополосных каскадах усиления видеосигналов) регулировку усиления с помощью регулируемой ООС (рис. 3.).

 

 

Рисунок 3

 

Изменяя величину сопротивления резистора R_рег, изменяем глубину ООС и соответственно коэффициент усиления усилителя. При увеличении сопротивления резистора Rрег. глубина ООС увеличивается, коэффициент усиления усилителя уменьшается, и наоборот.

 

В усилителях радио и промежуточной частоты (рис. 4) регулировка усиления изменением глубины ООС осуществляется изменением ёмкости С_рег, роль которой выполняет варикап Д. С увеличением регулирующего напряжения Е_рег диод Д закрывается сильнее, его ёмкость С_рег уменьшается, глубина ООС увеличивается, коэффициент усиления усилителя уменьшается.

Рисунок 4

Автоматическая регулировка усиления

Автоматическая регулировка усиления в радиоприёмниках обычно осуществляется в тракте промежуточной частоты. Она предназначена для поддержания постоянства уровня сигнала на выходе УПЧ, необходимого для нормальной работы выходных устройств приёмника.

Уровень сигнала на входе приёмника изменяется в широких пределах. АРУ должна обеспечить минимальный коэффициент усиления радиоприёмника при максимальном уровне сигнала на его входе, и наоборот; максимальный коэффициент усиления при минимальном уровне сигнала на входе. Таким образом, система АРУ должна иметь устройство, напряжение Е_рег на выходе которого зависит от уровня сигнала в радиотракте приёмника. Таким устройством может служить амплитудный детектор, который выдаёт выпрямленное напряжение, пропорциональное уровню сигнала в радиотракте. Напряжение Е_рег, подаваемое на усилительные каскады, изменяет соответствующим образом их коэффициент усиления.

Устройство АРУ включает в себя: детектор АРУ, фильтр, устраняющий действие АРУ на быстрые изменения уровня ВЧ сигнала под действием модуляции сигналом передаваемой информации, и регулируемые усилители.

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

Схема обратной АРУ.

В этой схеме (рис. 5) напряжение регулировки Е_рег получают из напряжения U_вых регулируемого усилителя.

 

 

Рисунок 5

 

Напряжение Е_рег подаётся со стороны выхода в направлении входа усилителя, что обусловило название этого вида АРУ.

Схема АРУ, которая состоит только из детектора и фильтра, называется простой АРУ.

В цепь АРУ может включаться усилитель до или после детектора. Усилитель до детектора АРУ − это УПЧ, после детектора − УПТ. В высококачественных радиоприёмниках усилитель иногда включают и до, и после детектора. При наличии в цепи АРУ усилителя АРУ называют усиленной.

Недостаток простых схем АРУ состоит в том, что коэффициент усиления радиотракта приёмника уменьшается и при приёме сигналов малого уровня. Для устранения этого недостатка используют АРУ с задержкой, в которой система АРУ начинает действовать, когда напряжение U_вх превышает пороговое Uпор_; при этом слабые сигналы системой АРУ не ослабляются (рис. 6).

 

 

Рисунок 6

 

По мере увеличения коэффициента усиления в цепи АРУ характеристика её приближается к идеальной.

Особенностью обратной АРУ является то, что она не позволяет получить идеальную характеристику АРУ. К ней можно только приблизиться, увеличивая усиление в цепи АРУ. Обратная АРУ не может быть идеальной, поскольку для её работы принципиально необходимо приращение выходного напряжения ΔU_вых.

Схема прямой АРУ (рис. 7).

В этой схеме цепь АРУ подключается к входу регулируемого усилителя, напряжение регулировки Е_рег получается в результате детектирования U^- При увеличении U_вх напряжение на выходе детектора АРУ возрастает, при этом увеличивается Е_рег, что вызывает уменьшение коэффициента усиления усилителя. Напряжение U_вых = К₀U_вх. Чтобы U_вых оставалось постоянным при увеличении U_m, пропорционально должен уменьшаться К₀.

 

Рисунок 7 Рисунок 8

 

Прямая АРУ позволяет получить идеальную характеристику регулировки (рис.8), но практически этого добиться не удается. Этой АРУ свойственны

недостатки, основной из которых состоит в необходимости включать перед детектором в цепи АРУ дополнительный усилитель с большим коэффициентом усиления. Если принять Е_рег = 0,1 - 1 В, Uвх = 10 - 100 мкВ, то усилитель в цепи АРУ должен иметь усиление К = 10⁴ - 10⁵, т. е. практически такое же, как и в основном тракте приёма.

Прямая АРУ имеет низкую стабильность, она подвержена действию различных дестабилизирующих факторов. Если, например, из-за изменения температуры или напряжения источника питания коэффициент усиления регулируемого усилителя увеличивается, то характеристика АРУ из идеальной превратится в характеристику с нарастающим U_вых.

Рациональным использованием преимуществ обоих схем АРУ (стабильность обратной АРУ и возможность получить идеальную характеристику в прямой АРУ) является применение схемы комбинированной АРУ (рис. 9).

 

 

Рисунок 9

 

Для первого усилителя - это обратная, а для второго - прямая АРУ. Основная регулировка происходит в первом усилителе, он, как правило, содержит несколько регулируемых каскадов. Второй регулируемый усилитель обычно однокаскадный, его основная задача - несколько скомпенсировать возрастание напряжения на выходе первого усилителя.

АРУ приёмников импульсных сигналов (рис. 10).

 

 

Рисунок 10

 

Особенности АРУ приёмников импульсных радиосигналов.

Импульсный радиосигнал для АРУ детектируется дважды: вначале импульсным детектором вместе с сигналом, далее пиковым детектором в цепи АРУ. Общим может быть видеоусилитель. В остальном отличий нет от АРУ приёмников непрерывных сигналов.

 

1. Определение максимального коэффициента усиления тракта.

КУПЧ макс=Uвых УПЧ/Uвх УПЧ.

 

2. Снятие регулировочной характеристики.

2.1. Снятие регулировочной характеристики УПЧ (зависимость коэффициента усиления УПЧ КУПЧ от величины напряжения регулирования Uрег.).

Uрег, В
Uвых УПЧ, В		0,001	0,004	0,005	0,1	0,175	0,6	0,9	0,9	0,9	0,9	0,9	0,9
К=UвыхУПЧ/Uвх УПЧ		0,2	0,8

 

 

2.2. Определение коэффициента усиления УПТ КУПТ при различных положениях переключателя S5

Положение переключателя S5	К1	К2	К3
U вых УПТ, В в КТ6	0,012	0,028	0,064
КУПТ= U вых УПТ/ U вх УПТ

Uвх= 0,8х10^-3В

 

3. Исследование амплитудно-амплитудных характеристик тракта.

3.1. Снять и построить амплитудную характеристику УПЧ (зависимость Uвых от Uвх) при разомкнутой петле АРУ и максимальном усилении УПЧ

Uвх УПЧ, дБВ	-40	-43	-45	-47	-50	-60
Uвх УПЧ, мВ		7,08	5,62	4,47	3,16
Uвых УПЧ, мВ	1,1	0,88	0,69	0,46	0,27	0,08

 

 

 

3.2. Снять и построить амплитудную характеристику УПЧ (зависимость Uвых от Uвх) при замкнутой петле АРУ

 

Uвх УПЧ, дБВ	-40	-43	-45	-47	-49	-50	-60
Uвх УПЧ, мВ		7,08	5,62	4,47	3,55	3,16
Uвых УПЧ, мВ	Задержка АРУ выкл К1	1,1	0,93	0,74	0,49	0,36	0,25	0,06
Задержка АРУ выкл К2	0,67	0,64	0,62	0,5	0,38	0,25	0,065
Задержка АРУ выкл К3	0,41	0,38	0,37	0,36	0,35	0,27	0,06
Задержка АРУ вкл К1	1,19	0,91	0,69	0,45	0,35	0,24	0,06
Задержка АРУ вкл К2	1,01	0,93	0,72	0,45	0,35	0,24	0,06
Задержка АРУ вкл К3	0,77	0,77	0,73	0,46	0,35	0,24	0,06

 

 

4. Исследование влияния постоянной времени фильтра системы АРУ на искажения АМ-сигнала.

4.1. Определить значения входных уровней, начиная с которых возникает искажение АМ сигнала

 

Рисунок 1 – осциллограмма напряжения в КТ3

Uвых=2В, Uвх=5мВ

Купч=400

Рисунок 2 – осциллограмма напряжения в КТ3, глубина модуляции порядка М=50 %.

Рисунок 3 – осциллограмма сигнала на выходе АД, АРУ с задержкой

 

Рисунок 4 – осциллограмма сигнала на выходе АД, АРУ без задержки

 

Рисунок 5 – осциллограмма сигнала на выходе АД, РРУ

4.2. Исследовать влияние постоянной времени ФНЧ на работу системы АРУ при усилении АМ напряжения.

Рисунок 6- осциллограмма напряжения в КТ3

Рисунок 7 – осциллограмма напряжения в КТ3 S1 вкл

 

Рисунок 8 - осциллограмма напряжения в КТ4 S1 вкл

Рисунок 9 – осциллограмма напряжения в КТ3 S1 вкл РРУ при максимальном усилении

 

Рисунок 10 – осциллограмма напряжения в КТ4 РРУ при максимальном усилении

 

Рисунок 11 – осциллограмма напряжения в КТ3 в режиме АРУ при К1; постоянная времени ФНЧ t1

Рисунок 12 – осциллограмма напряжения в КТ4 в режиме АРУ при К1; постоянная времени ФНЧ t1

Рисунок 13 – осциллограмма напряжения в КТ3 в режиме АРУ при К2; постоянная времени ФНЧ t1

Рисунок 14 – осциллограмма напряжения в КТ4 в режиме АРУ при К2; постоянная времени ФНЧ t1

Рисунок 15 – осциллограмма напряжения в КТ3 в режиме АРУ при К3; постоянная времени ФНЧ t1

Рисунок 16 – осциллограмма напряжения в КТ4 в режиме АРУ при К3; постоянная времени ФНЧ t1

Рисунок 17 – осциллограмма напряжения в КТ3 в режиме АРУ при К1; постоянная времени ФНЧ t2

Рисунок 18 – осциллограмма напряжения в КТ4 в режиме АРУ при К1; постоянная времени ФНЧ t2

Рисунок 19 – осциллограмма напряжения в КТ3 в режиме АРУ при К2; постоянная времени ФНЧ t2

Рисунок 20 – осциллограмма напряжения в КТ4 в режиме АРУ при К2; постоянная времени ФНЧ t2

Рисунок 21 – осциллограмма напряжения в КТ3 в режиме АРУ при К3; постоянная времени ФНЧ t2

 

Рисунок 22 – осциллограмма напряжения в КТ4 в режиме АРУ при К3; постоянная времени ФНЧ t2