Автоматическая регулировка усиления (ару) прм

|S’|=f (U_p)

2. менять сопротивление нагрузки (получаем не режимное АРУ)

|Z_H’|=f (U_p)

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ СИСТЕМЫ АРУ

1.Основной характеристикой является амплитудная характеристика линейного тракта приемника.

Без АРУ

C АРУ

U_{вх min} U*_{вх max} U_{вх max} U_вх

С применением системы АРУ динамический диапазон на линейном участке существенно расширяется, т.е. ПРМ не перегружается.

идеальная с АРУ

U_вх

U_{вх мах}

Фактически значение U _вых. должно быть постоянно.

Чтобы АРУ не реагировало на шумы ПРМ, применяют задержанные системы АРУ.

АРУ

АРУ
ильтр

В этом случае амплитудная характеристика выглядит следующим образом:

АРУ с задержкой

U_вх

U_{вх мин }U_з U_{вх макс}
ее преимущество в том, что она не подвержена воздействию помех или слабых сигналов; в зависимости от напряжения задержки U₃ система обладает большим быстродействием - чем больше U₃, тем больше быстродействие.
ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ АРУ
Любая система АРУ включает в себя:

детектор

Усил.

Ф

По этому часть детектор АРУ совмещают с детектором ПРМ.

Фильтр АРУ – строятся на базе RC - цепей.

Наиболее широко применяется однозвенный RC – фильтр.

Чтобы правильно выбрать параметры фильтра надо учитывать, что:

1. 
   W _в>W _{max ср.}, где W _{max ср.} – максимальная средняя частота входящего сигнала.
   
2. 
   W_в << _min, где _min - минимальная частота спектра полезного модулированного сигнала; W_в – верхняя граничная частота фильтра.
   

W_B _min _max W

в этом случае происходит демодуляция, т.е. такой вариант невозможен.

Применяются также двухзвенные фильтры:

R_ф1 R_ф2

они применяются для повышения быстродействия системы АРУ.

Подбирая параметры, можно сделать так, чтобы сигнал проходил в фазе. Но эта структура менее устойчива.

Еще одна разновидность фильтра:

здесь меньший фазовый сдвиг на верхних частотах, т.е. система по сравнению с первой схемой более устойчива.

1. Режимный РУ.

на затвор транзистора подается регулирующее напряжение U_p.

Регулируя напряжение U₃₄ меняем крутизну стоко-затворной характеристики триода, а следовательно меняем коэффициент усиления.

Глубина регулировки здесь:

2. РУ с изменяемой ОС (тоже режимный).

На V₁ собрана схема резонансного усилителя, а на V₂ собрана регулируемая обратная связь.

Коэффициент усиления триода V₂ регулируется изменением регулирующего U_p.

K



 переменное => K _ос. тоже переменное.

Достоинство по сравнению с первой схемой: больший динамический диапазон, а глубина регулировки тоже больше
3. Нережимный РУ (электрический управляемый аттенюатор).
Если U_p= 0, то диоды открыты и коэффициент усиления максимален и наоборот.

Достоинство: глубина регулировки 25-30 дБ. Простота.

Ек
СТАТИЧЕСКИЙ РЕЖИМ (СР) РАБОТЫ АРУ

K₀(Uр) E з

РУ

Д

U_вх U_вх Кд

Усил.

Ф

Кус Кф
РУ меняет свое K₀ в зависимости от U_p

Задается при этом

Для идеальной системы АРУ:

В СР анализируем:

требуемая глубина регулировки:

Задается типом РУ и определяем вид регулировочной характеристики.
K₀

К₀^max аппроксимируем K_{0 начал.} =K_{0 max}

 tg=Kapy=KdKpKyc

К₀^min глубина регулировки

Uр на одном усилителе


Для всех каскадов:

Число каскадов (округляем в большую сторону до целого числа).

1. 
   РУ должны находиться влзможно ближе к входу приемника, чтобы большее число каскадов ПРМ было защищено от перегрузок;
   
2. 
   с возрастанием числа каскадов уменьшается линия глубины регулирования требуется от каждого каскада следовательно уменьшается искажения полезного сигнала.
   

При этом полагаем:

1. 
   РУ является безинерционным устройством;
   
2. 
   все инертности АРУ заключены в инерциальности ее фильтра;
   
3. 
   регулированная характеристика РУ апраксимируется прямой линией.
   

Уравнение этой прямой:

K _p = K (U_p) = K_{0 начал.} – pU_p;
К(Up)

Ko_нач Kp=K(Up)=Ko_нач - pU_p;

P=tg - крутизна регулировочной

 характеристики

U_{p max}

Выберем в качестве фильтра АРУ - однозвенный RC фильтр.

U_p Коэффициент усиления

U₁ РУ (Кус=1)

C_Ф его как бы нет
Тогда -дифференциальное уравнение

этой цепи

Найдем связь U_вх и U_вых

К₀^начК^нр U_вых< Eз(АРУ разомкнут)

U_вых= U_вх

К₀^нр ( К₀^нач – РU_р) U_вых> Eз
К₀^нр-Коэффициент усиления нерегулируемого усилителя

Найдем отсюда U_Р: (из второго условия)

U₁- напряжение на входе фильтра

U₁=К_АРУ(U_вых -РЕ_зад);

К_АРУкоэффициент передачи детектора Кd

Подставим U_p и U₁ в дифференциальное уравнение.

Получим дифференциальное уравнение системы АРУ.

Для анализа переходных процессов входа сигнала это скачек, тогда решение этого уравнения:

U_{вых. нач.}=K_{0 нр.}K_{0 нач.} U_вход.

-эквивалентный коэффициент усиления цепи АРУ,

=К₀^нрК_АРУР

_АРУ - постоянная времени цепи АРУ.

График переходных процессов в системе АРУ:

Входной сигнал

U_вых^нач

E₃₁ убывает по exp

E₃₂

U_вых^уст
t

При t

1. 
   от величины нерегулируемых коэффициентов усиления (чем больше эта величина, тем меньше  и тем выше быстродействие);
   
2. 
   от величины коэффициента усиления цепи АРУ (чем выше K_АРУ, тем больше крутизна следовательно меньше _АРУ следовательно больше быстродействие);
   
3. 
   от амплитуды входного сигнала (чем больше U_вх., тем меньше , тем больше быстродействие, будет круче спадать exp.);
   
4. 
   от постоянной времени фильтра _ф=С_фR_ф (чем больше _ф, тем больше _АРУ следовательно, меньше быстродействие);
   
5. 
   от E (чем больше E₃, тем больше инерционность АРУ).
   

Анализ устойчивости нужен только для обратных АРУ.

Uр

Неустойчивость выражается: в выходе напряжения системы будет присутствовать паразитная модуляция вплоть до генерации автоколебания.

Система будет неустойчивой только при условии, что U _вх. 0. .

Можно проанализировать неустойчивость по критерию. Найквиста.

При этом нужно разорвать цепь ОС.

Тогда определяем коэффициент передачи тракта:

=U_ф/U_ВЫХ - Коэффициент передачи цепи ОС (цепи АРУ).

Для устойчивости системы с ОС должно выполнятся два условия:

1. 
   |K| <1 – коэффициент передачи всей замкнутой системы.
   
2. 
   Фазовый сдвиг в системе не равен 2πn
   

Если какое-то одно из условий не выполняется, то генерации не будет и система будет устойчивой.

Система с однозвенным фильтром почти всегда устойчива, так как второе условие не выполняется. В нем максимальный фазовый сдвиг равен 90^0.
Особенности работы АРУ в приемниках импульсных сигналов
АРУ делятся на инерционные и безинерционным.

1. 
   Инерционные системы АРУ.
   

Тогда характеристики такой АРУ аналогичны характеристикам АРУ для непрерывных сигналов.

В качестве примера рассмотрим импульсное АРУ в ПРМ РЛС, решающую задачу по дальности и угловым координатам:

U_ВХ U_ВЫХ


U<sub>Р

СИ ПРД к ССУК</sub>

U_ВХ^АРУ(*) E₃

РУ

ВУ

СК

УПТ

Д

На рисунке обозначено: ВУ - видеоусилитель; СК-стробирующийся каскад, открывающийся строб-импульсами передатчика. Выход СК используется для ССУК – схемой слежения по угловым координатам; ЗИ - зондирующие импульсы передатчика; ОИ - Отраженные от цели импульсы. Uр- пропорционально последовательности видеоимпульсов на U_вх^АРУ*

АРУ реагирует на среднее значение огибающей, поэтому _АРУ выбираем из условия: _АРУ>>_и, а с другой стороны эта величина должна быть гораздо меньше максимального периода отраженного сигнала: _АРУ<<_оn,

Весь остальной расчет аналогичен расчету системы АРУ для непрерывных сигналов.

2) Безынерционные системы АРУ.

Применяются по назначению самой радиосистемы: например, АРУ приемник самолетного ответчика; АРУ приемника РЛС обнаружения.

Для этих АРУ различают два режима работы:

1. 
   _БАРУ>_u ; 2) _БАРУ<_n,
   

_БАРУ>_{u ,} следовательно сигнал проходит при максимальном усилении.

ОИ - отраженный импульс

от цели

ПИ- помеховый импульс.

задачу по борьбе с

импульсными помехами

Рассмотрим второй вариант: _БАРУ<_n,

Сигнал имеет переменную амплитуду U₀ и длительность импульса так же переменная.

Главная задача здесь выделить сигнал и сформировать на выходе сигнал с постоянной U_0вых.

Это более быстродействующая система, чем первая.

В периоды между импульсами обе системы БАРУ не работают - они разомкнуты, то есть это системы дискретные во времени.