Бондаренко В.Н., Тяпкин В.Н., Дмитриев Д.Д. и др. Радиоавтоматика. Под ред. В.Н.Бондаренко (2013) (1095885), страница 14

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 14)

2.1). Входной сигнал поступает на усилительс регулируемым коэффициентом усиления (РУ) – обычно это усилительвысокой частоты или первые каскады усилителя промежуточной частотыприемника. Выходной сигнал РУ детектируется амплитудным детектором(АД), отфильтровывается от шумов и мешающих сигналов и в качестве ре-882. Типовые системы радиоавтоматикигулирующего напряжения Up(t) (постоянного или медленно меняющегося)подается на вход усилителя (изменяя смещение на базе транзистора, а следовательно, и его усиление). При увеличении уровня выходного сигналавозрастает регулирующее напряжение, что приводит к уменьшению усиления, и, наоборот, при уменьшении уровня сигнала u2(t) напряжение Upуменьшается, а усиление РУ возрастает.

Тем самым достигается стабилизация уровня выходного сигнала при изменении уровня входного сигнала.В реальных системах такая стабилизация осуществляется неидеально(остается изменение уровня в несколько децибел).U212U1(t)U2(t)РУUр(t)ФНЧ4U0АДРис.

2.1U03U1U1minРис. 2.2На рис. 2.2 представлены амплитудные характеристики РУ: кривая 1соответствует линейному (идеальному) усилителю, кривая 2 – реальномуусилителю без АРУ, кривая 3 – усилителю с АРУ. Там же приведена амплитудная характеристика усилителя с так называемой «задержаннойАРУ» (кривая 4). Достоинством последней является то, что в ней отсутствует снижение усиления в режиме слабого сигнала (как это имеет местов незадержанной АРУ). Помимо большего усиления слабого сигнала, АРУс задержкой обеспечивает более высокий уровень выходного сигнала, чтотакже является ее преимуществом.

Задержка в работе АРУ обеспечиваетсятем, что на диод амплитудного детектора подается смещение U0, запирающее диод до тех пор, пока уровень сигнала u2(t) не превышает это смещение (соответственно уровень входного сигнала не превышает порогового значения U1min).В практических схемах для повышения эффективности (глубинырегулировки АРУ) в цепь обратной связи включают усилитель постоянного тока.Фильтр нижних частот, как отмечалось, предназначен для того, чтобы отфильтровать шумовую составляющую напряжения Up(t), быстро ме-2.1. Системы автоматической регулировки усиления89няющуюся во времени, а следовательно, имеющую широкий спектр.

Кроме того, ФНЧ не должен пропускать составляющих сигнала с частотамимодуляции, т. е. частота среза ФНЧ должна быть меньше самой низкойчастоты в спектре модулирующего сигнала. В противном случае усилениеАМ-сигнала будет сопровождаться подавлением амплитудной модуляции(уменьшение глубины модуляции). Объясняется это тем, что помимо постоянной составляющей (пропорциональной уровню выходного сигнала),регулирующее напряжение содержит в этом случае низкочастотное модулирующее колебание, прошедшее через ФНЧ. В силу отрицательной обратной связи (если пренебречь фазовым сдвигом, вносимым ФНЧ) усилитель действует как амплитудный модулятор, управляющее напряжениекоторого противофазно модулирующему колебанию (огибающей АМсигнала).

Это приводит к уменьшению глубины модуляции АМ-сигнала навыходе усилителя по сравнению с входным сигналом.Обратимся к математическому описанию системы АРУ. Будем полагать, что усилитель и детектор являются безынерционными. Это означает,что любое изменение амплитуды входного сигнала мгновенно проявляетсяв изменении выходного напряжения детектора. Кроме того, будем считатьусилитель линейным, т. е. его амплитудная характеристика имеет видU2(t) = kU1(t).(2.1)Регулировочная характеристика усилителя может быть описана выражениемk (U p )  k0  k pU p ,гдеkp dk (U p )dU pk0  k (U p )|U p  0|U p 0(2.2) крутизна регулировочной характеристики; коэффициент усиления при разомкнутой цепиобратной связи.Выражение (2.2) описывает регулировочную характеристику в предположении, что напряжение Up невелико (линейный участок характеристики).При линейном детектировании характеристика АД может быть аппроксимирована:kд (U 2  U 0 ) при U 2  U 0 ,Uд  при U 2 < U 0 ,0(2.3)90где kд 2.

Типовые системы радиоавтоматикиdU д (U 2 )– крутизна характеристики (коэффициент переd U 2 |U 2  U 0дачи) детектора. Регулирующее напряжение связано с выходным напряжением детектора дифференциальным уравнением (в операторной форме)Up(t) = Kф(р)Uд(t).(2.4)Объединив уравнения (2.1)–(2.4), запишем общее уравнение системыАРУ для режима сильного сигнала, когда U2  U0:U2(t) = [k0 + k0kд(U0 – U2)Kф(p)]U1(t).(2.5)В соответствии с уравнением (2.5) можно составить структурнуюсхему системы АРУ. В зависимости от того, что полагать воздействием:напряжение задержки U0 или амплитуду входного сигнала U1(t), получимлибо систему стабилизации, либо систему слежения. С точки зрения математического описания это несущественно, поскольку методы анализа систем стабилизации и систем слежения общие.На рис. 2.3 представлена структурная схема системы АРУ как системы стабилизации.

Она описывает линейную нестационарную систему (нестационарность обусловлена наличием звена с переменным коэффициентом передачи K(t) = U1(t)). В стационарном режиме, когда U1(t) = const,система описывается линейным дифференциальным уравнением с постоянными коэффициентами (эта модель системы может использоваться прианализе устойчивости).k0U0kрkдKф(p)U2U1(t)Рис. 2.3П р и м е р 2.1.

Преобразовать структурную схему системы АРУ(рис. 2.4, a) в структурную схему следящей системы.Р е ш е н и е. Рассматривая вместо переменных U1 и U2 их отклонения относительно пороговых уровней: U1 = U1 – U0/k0 и U2 = U2 – U0,преобразуем структурную схему к виду, представленному на рис. 2.4, б.2.1. Системы автоматической регулировки усиления91Эта система слежения за параметром U2, а выходной переменной является оценка  U2 этого параметра. Дискриминатор (амплитудный) формирует напряжение U д  kд  U , пропорциональное рассогласованиюU = U2– U2 .U1U2k0kДUДU1k0U0U1kPUPU1kPUU2U2kДUДДКU1UPKф(р)Kф(р)kPа)б)Рис.

2.4П р и м е р 2.2. Провести анализ устойчивости системы АРУ, полагая, что в качестве ФНЧ используется RС-фильтр с постоянной времени Т,а передаточные функции других элементов имеют следующий вида) Kд(p) = kд;б) Kд(p) = kд/(1 + Tдp).Р е ш е н и е. Анализ проведем на основе структурной схемы, показанной на рис. 2.4, б, используя частотный метод Найквиста (см. п. 1.4) иполагая  U 1  const (что соответствует стационарной системе).Передаточную функцию разомкнутой системы представим в видеK p ( p) K p ( p) K,1  TpK(1  Tp)(1  Tд p)(2.6)(2.7)для вариантов (а) и (б) соответственно (K = kдkрΔU1 – усиление разомкнутой системы).922. Типовые системы радиоавтоматикиImω→∞ω=0К-1ω=0 ReК2-113Рис. 2.5АФХ разомкнутой системы, построенные с использованием выражений (2.6) и (2.7), представлены на рис.

2.5 (соответственно кривые 1 и 2).Как видим из рисунка, система устойчива в обоих случаях при любых значениях K. Однако во втором случае запас устойчивости по фазе может оказаться недостаточным, так как наличие в системе других (не учтенных прианализе) инерционных звеньев (например, регулируемого усилителя илиусилителя постоянного тока – УПТ) может привести к нарушению устойчивости при большом уровне сигнала (кривая 3).Контрольные вопросы1. Укажите назначение и области применения систем АРУ.2.

Какими показателями характеризуется качество системы АРУ?3. Назовите основные способы регулирования усиления.4. Поясните принцип работы системы АРУ.5. Укажите назначение ФНЧ в системах АРУ и сформулируйтетребования к выбору его характеристик.6. Что такое «задержанная АРУ»? Как она реализуется и в чем еепреимущества?7. Поясните сущность явления подавления амплитудной модуляции системой АРУ.8. Изобразите структурную схему системы АРУ. При каких допущениях она составлена?9. Какой смысл вкладывается в понятие безынерционности отдельных элементов системы АРУ (усилителя, детектора)?10.

Когда применима линейная стационарная модель системы АРУ?Какие задачи она позволяет решать?2.2. Системы автоматической подстройки частоты932.2. Системы автоматическойподстройки частотыСистемы АПЧ относятся к классу следящих систем (систем слежения за частотой). Первоначально эти системы использовались исключительно для автоматической подстройки частоты гетеродинов приемников,что и обусловило такое их название. В настоящее время область применения систем АПЧ гораздо шире: стабилизация промежуточной частоты приемников, следящие фильтры доплеровских измерителей скорости, демодуляция и формирование ЧМ-сигналов и пр.Принцип действия системы АПЧ рассмотрим на примере использования ее для стабилизации промежуточной частоты супергетеродинногоприемника. Функциональная схема системы АПЧ представлена на рис.

2.6.На вход смесителя (См) поступает сигнал uc(t), принятый антенной (дляповышения чувствительности приемника смесителю обычно предшествуетусилитель высокой частоты, выполненный на малошумящих активныхэлементах). Номинальная частота сигнала (частота передатчика) равна fc0.Из-за нестабильности частоты передатчика, а также ухода частоты вследствие эффекта Доплера, частота сигнала fc отличается от fc0 на неизвестнуювеличину fc (в общем случае случайная функция времени).uс(t)ВыходСФВыход АМuп(t)СмУПЧЧДuг(t)ПГUу(t)ФНЧФНЧВыход ЧМ(неследящийприем)U(t)Выход ЧМ(следящий прием)Рис. 2.6На другой вход смесителя поступает опорное колебание uг(t), вырабатываемое подстраиваемым генератором (ПГ) – гетеродином.

Номинальная частота fг0 гетеродина отличается от fc0 на фиксированное значение f0(номинальная промежуточная частота). В зависимости от соотношениячастот fc0 и fг0 различают «нижнюю» настройку гетеродина, когда fc0 > fг0,и «верхнюю» настройку (fг0 > fc0). Для определенности далее полагаем,что используется «нижняя» настройка гетеродина.942.

Характеристики

Список файлов книги