Автоматическая регулировка усиления (ару) прм

• Название: Автоматическая регулировка усиления (ару) прм
• Дата: 30.05.2019
• Размер: 246 Kb.
• Имя файла: ARU_1.doc
• Тип: Документы; #79652
• страница: 3 из 4

S – крутизна активного элемента.

Чтобы менять усиление нужно:

1. менять крутизну (получаем режимную АРУ)

|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.

U_Вых

Без АРУ

U^*_{вых max}





C АРУ

U_{вых max}
U_{вых min}




U_{вх min} U*_{вх max} U_{вх max} U_вх
U_вход.min и U_вход.max – определяют динамический диапазон ПРМ.

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


U_вых




без АРУ







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.
ф
Ф

АРУ

D

АРУ
ильтр




U_{р Uз}
детектор АРУ открывается только, когда U _вход.>U₃

В этом случае амплитудная характеристика выглядит следующим образом:
U_вых
без АРУ





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

U
РУ

Д
_вх U_вых U_д




Может

Uр отсутствовать


Усил.

Ф

фильтр
Детектор – ничем не отличается от обычных диодных детекторов, которые используются в основном тракте ПРМ.

По этому часть детектор АРУ совмещают с детектором ПРМ.

Фильтр АРУ – строятся на базе RC - цепей.

Наиболее широко применяется однозвенный RC – фильтр.



|К| АЧХ

R_ф фильтра

С_ф

W_B 1 /  _ф




W_B W



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.
   

Подходит




W_B






W_B _min _max W

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

Применяются также двухзвенные фильтры:

R_ф1 R_ф2



C_ф1 C_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.
РЕГУЛИРУЕМЫЙ УСИЛИТЕЛЬ (РУ)

1. Режимный РУ.



U_вых


















R_ф R_з

U_ф Е_с




С_ф


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:


Это АРУ не задержанная.

2. РУ с изменяемой ОС (тоже режимный).

V1
















V2










Up

E_k

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

Коэффициент усиления триода V₂ регулируется изменением регулирующего U_p.


K



где K – коэффициент усиления V₁,а  - коэффициент усиления V_2.

 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.

Недостаток: большие нелинейные искажения за счет диодов.




















Uр
















Ек
СТАТИЧЕСКИЙ РЕЖИМ (СР) РАБОТЫ АРУ
При анализе СР полагают, что переходные процессы закончены и системы находятся в установившемся состоянии.
СТРУКТУРНАЯ СХЕМА:


K₀(Uр) E з


РУ

Д

U_вх U_вх Кд

Uр U1


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).
При выборе числа РУ надо учитывать:

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.
   

N=2-5 – обычная.
ДИНАМИЧНЫЙ РЕЖИМ (ДР) РАБОТЫ АРУ
При анализе ДР анализируется длительность переходных процессов системы ее инерциальность (быстродействие) и ее устойчивость, чтобы оценить степень искажения полезного сигнала (его огибоющей).
Анализ переходных процессов.

При этом полагаем:

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

Анализ сводится к следующему: надо найти дифференциальное уравнение этой системы и его решение.

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.
R_ф

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.

- это линейное дифференциальное уравнение первого порядка. Решение этого дифференциального уравнения зависит от закона изменения входного сигнала.

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

U_вх






t
U_{вых. нач.} – начальное значение выходного напряжения:

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


Чем  Е_3, тем  U_вых ^уст; Е₃₁>E₃₂
Таким образом, быстродействие системы АРУ зависит:

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).
   

Устойчивость системы АРУ

Анализ устойчивости нужен только для обратных АРУ.

U
РУ
_вх U_вых




Uр


УС

Ф

Д
Е₃


Причина неустойчивости: так как есть ОС, то может оказаться, что фазы U_p и U_вх. совпадают, следовательно, будет генерация в системе с ОС.

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
   

_к2 πn

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.
   

В таких АРУ должно выполнятся условие _АРУ>>Т_п, где Т_п – период повторения импульсов.

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

Д