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 Rрег, 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 Срег, роль которой выполняет варикап Д. С увеличением регулирующего напряжения Ерег диод Д закрывается сильнее, его ёмкость Срег 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 Ерег 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 Ерег, 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 Uрег АРУ подразделяются на обратные, прямые и комбинированные.
Схема обратной АРУ.
В этой схеме (рис. 5) напряжение регулировки Ерег получают из напряжения Uвых регулируемого усилителя.
Рисунок 5
Напряжение Ерег 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 Uвх 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 ΔUвых.
Схема прямой АРУ (рис. 7).
В этой схеме цепь АРУ подключается к входу регулируемого усилителя, напряжение регулировки Ерег получается в результате детектирования U^- При увеличении Uвх напряжение на выходе детектора АРУ возрастает, при этом увеличивается Ерег, что вызывает уменьшение коэффициента усиления усилителя. Напряжение Uвых = К0Uвх. Чтобы Uвых оставалось постоянным при увеличении Um, 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 Ерег = 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 Uвых.
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