Меню

Автоматическая регулировка усиления окна

Что такое АРУ в приемнике?

Методы автоматической регулировки усиления

В большинстве радиолокационных приемников для обеспечения линейной обработки (без ограничения амплитуды) принятых сигналов применяются те или иные средства для управления уровнем общего усиления.

English Russian (Cyrillic) German
STC sensitivity
time
control
Временная
Автоматическая
Регулировка
Усиления
entfernungs- (also: zeit-) abhängige
automatische Verstärkungsregelung
(Siemens- Neudeutsch: GTC: Gain Time Control)
AGC automatic
gain
control
Шумовая
Автоматическая
Регулировка
Усиления
rauschabhängige
Automatische
Verstärkungs-
Regelung
MGC main
gain
control
Ручная
Регулировка
Усиления
Handregelung
log amp logarithmic
amplifier
Логарифмический усилитель logarithmischer Verstärker

Таблица 1. Методы регулировки усиления

Временная автоматическая регулировки усиления (ВАРУ)

Зависимость коэффициента усиления приемника от времени при использовании метода ВАРУ

Зависимость коэффициента усиления приемника от времени при использовании метода ВАРУ

Одной из особенностей функционирования приемников радиолокаторов является то, что амплитуды принимаемых ими эхо-сигналов могут изменяться в очень широких пределах в зависимости от дальности до цели. По этой причине настройки усиления приемника, предпочтительные для эхо-сигналов целей на малых дальностях, не подходят для приема сигналов, отраженных целями, находящимися на больших дальностях. Коэффициент усиления приемника должен быть максимальным для эхо-сигналов целей на больших дальностях и минимальным для эхо-сигналов ближних целей. Очевидно, что коэффициент усиления должен изменяться в зависимости от времени: быть минимальным в начале периода зондирования и постепенно увеличиваться по мере увеличения времени запаздывания эхо-сигналов. Схему, реализующую регулировку коэффициента усиления в зависимости от времени в пределах одного периода зондирования, называют схемой временной автоматической регулировки усиления (ВАРУ) или аттенюатором с переменным коэффициентом ослабления.

Временная автоматическая регулировка усиления реализуется путем подачи меняющегося во времени напряжения смещения на усилительные каскады усилителя промежуточной частоты. На Рисунке 1 линией красного цвета показана типовая зависимость коэффициента усиления от времени. Зеленой линией показана зависимость амплитуды сигнала на входе приемника. Во время генерирования в передатчике и излучения зондирующего сигнала схема ВАРУ уменьшает коэффициент усиления приемника до нуля для того, чтобы предотвратить усиление сигнала передатчика, просачивающегося в приемный тракт (сигнал «пролаза»). После окончания излучения зондирующего сигнала напряжение ВАРУ начинает расти, постепенно увеличивая коэффициент усиления приемника. В идеальном случае коэффициент усиления приемника должен увеличиваться прямо пропорционально четвертой степени дальности (R 4 ), то есть обратно пропорционально уменьшению мощности эхо-сигнала. На практике эту зависимость часто заменяют экспоненциальной функцией, легко реализуемой в виде напряжения на заряжающемся конденсаторе.

Регулировку коэффициента усиления приемника при помощи ВАРУ обычно ограничивают дальностью около 50 миль. Считается, что в большинстве случаев сигналы, отраженные целими, находящимися ближе 50 миль еще могут перегрузить приемник (ввести его в насыщение), а после 50 миль это уже маловероятно и регулировка усиления уже не требуется.

Читайте также:  Инсталляция геберит регулировка слива видео

Источник

Понятие автоматической регулировки усиления

Как разработчики справляются с системой, у которой амплитуда входного сигнала очень изменчива, но которая при этом требует довольно постоянной амплитуды выходного сигнала? Давайте взглянем.

Первое, что мы узнаем, войдя в мир электроники, – это как разработать схему на операционном усилителе с заданным коэффициентом усиления. Это не особенно сложно, и даже после того, как мы познакомимся со всеми нюансами и недостатками, связанными со схемами усилителей, мы всё еще можем уверенно проектировать системы, для которых требуется выходной сигнал, равный входному сигналу, умноженному на фиксированный коэффициент усиления.

Но что происходит, когда вся эта парадигма разваливается? Что мы можем сделать, если фиксированным параметром является не коэффициент усиления, а величина выходного сигнала? Фиксированный коэффициент усиления может создавать постоянную амплитуду выходного сигнала, когда амплитуда входного сигнала известна и неизменна, но это не всегда так, и, кроме того, иногда амплитуда входного сигнала сильно изменяется.

Замыкание петли

Решением здесь является то, что называется автоматической регулировкой усиления, сокращенно АРУ (англ. AGC, automatic gain control). Мы можем интуитивно сделать вывод, что в системе с разомкнутой петлей фактически нет способа достичь этого – чтобы правильно регулировать усиление, схема усилителя должна знать амплитуду сигнала на выходе. Следовательно, АРУ требует обратной связи. Она также (и неудивительно) требует усилителя с переменным коэффициентом усиления (VGA, variable gain amplifier).

Ниже приведена (очень) базовая архитектура системы АРУ.

Рисунок 1 – Структурная схема усилителя с системой АРУ

Выходной сигнал усилителя с переменным коэффициентом усиления (VGA) подается не только на следующее устройство в тракте сигнала, но также и на измерительную схему, которая определяет амплитуду выходного сигнала и регулирует усиление соответствующим образом. Измерение амплитуды выполняется детекторным блоком, для чего используется различные типы детекторов – четыре стандартных типа: детектор огибающей (или выпрямитель), квадратичный, среднеквадратичный (СКЗ, RMS) и логарифмический.

Адаптация к изменениям

Как и другие системы обратной связи, АРУ может «захватывать» входной сигнал, поэтому постепенные изменения амплитуды на входе будут иметь минимальное влияние на выходной сигнал. Однако АРУ не может мгновенно адаптироваться к быстрым изменениям; на самом деле, чрезвычайно быстрое время отклика нежелательно, потому что это сделает систему АРУ чрезмерно чувствительной к шуму или преднамеренным изменениям амплитуды входного сигнала (то есть амплитудной модуляции).

Термин «время срабатывания» (в англоязычной литературе «attack time», «время атаки») относится к реакции схемы АРУ на увеличение амплитуды входного сигнала, а «время восстановления» (в англоязычной литературе «decay time», «время затухания») относится к ее реакции на уменьшение амплитуды входного сигнала. На следующем графике от Analog Devices сравниваются характеристики срабатывания и восстановления для четырех стандартных типов детекторов.

Читайте также:  Программа для регулировки колонок

Рисунок 2 – Характеристики срабатывания и восстановления АРУ для четырех стандартных типов детекторов

Как видите, при выборе типа детектора необходимо принять во внимание требования к отклику системы.

АРУ для радиочастотного приемника

АРУ является критическим аспектом конструкции радиочастотного приемника. Плотность энергии электромагнитного излучения уменьшается пропорционально квадрату расстояния. Таким образом, уровень радиочастотного сигнала в приемнике резко меняется в зависимости от того насколько близко приемник находится к передатчику. АРУ постоянно обеспечивает усиления принимаемого сигнала до уровня, обеспечивающего эффективную обработку схемой демодулятора.

В наш век высокоинтегрированных, профессионально разработанных, широкодоступных микросхем аналоговых и смешанных сигналов маловероятно, что вам когда-либо понадобится (или вы захотите) разработать собственную систему АРУ (что является не простым процессом). Тем не менее, хорошо бы знать и понимать основные приемы и концепции.

Источник

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 ам­плитудной модуляции, к снижению коэффициентов усиления, 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. Входное напряжение uвх(t) поступает на усилитель (У) с регулируемым коэффициентом усилении. Выходное напряжение этого усилителя детек­тируется, после чего суммируется с напряжением задерж­Ки uз. Суммарное напряжение ис усиливается усилите­лем постоянного тока (УПТ) и подается на фильтр ниж­них частот (ФНЧ). Напряжение с ФНЧ uу 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

Читайте также:  Регулировка окна пвх по горизонтали

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

Изменение коэффициента усиления может быть достигнуто различными способами: путем включения управляемого 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 uвых(t) достигается за счет того, что с ростом уровни uвых(t) увеличивается и управляющее напряжение uу, 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 ЕЕЕ3. 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 управляю­щего напряжения с частотами спектра полезной модуля­ции сигнала uвх(t), в противном случае происходит де­модуляция входного сигнала, ослабляющая выходной сигнал.

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

если

, если (1.23)

где kд— коэффициент передачи детектора.

Управляющее напряжение на выходе ФНЧ находят из следующего дифференциального уравнения:

Напряжение на выходе системы АРУ

(1.25)

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

(1.26)

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 k(t). Кроме того, из-за нелинейного звена с характеристикой (1.26) система АРУ является нелинейной. Анализ нелинейных систем с перемен­ными параметрами явля­ется сложной задачей

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

(1.27)

где kупт — 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).

Источник