Лекция. Лекция 19 (копия). Военная академия воздушнокосмической обороны устройства приема и обработки сигналов
 Скачать 5.07 Mb.
|
|
ТВЕРЬ 2021 ДС-1325 Кафедра основ построения радиоэлектронных средств и систем имени МАРШАЛА СОВЕТСКОГО СОЮЗА Г.К. ЖУКОВА ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВОЗДУШНО-КОСМИЧЕСКОЙ ОБОРОНЫ УСТРОЙСТВА ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ Взаимосвязь с другими дисциплинами Математика(ДС-131) Физика(ДС-135) Электроника(ДС-1314) Основы теории цепей(ДС-1315) Радиотехнические цепи и сигналы(ДС-1319) Схемотехника аналоговых и электронных устройств(ДС-1320) Устройства приема и обработки сигналов(ДС-1325) Радиотехнические системы (ДС-1324) Основы конструирования и технологии производства радиоэлектронных средств(ДС-1323) Цифровые устройства и микропроцессоры(ДС-1321) Устройства сверхвысоких частот и антенны(ДС-1322)
Структура учебной дисциплины ДС-1325
Содержание темы №8 «Системы автоматического регулирования в устройствах приема и обработки сигналов»
Учебные вопросы предыдущей лекции №18 1.Динамический диапазон радиоприёмного устройства и способы его расширения. 2.Способы регулировки усиления Вопросы для контроля 1.Дать определение динамического диапазона(ДД) РПрУ. Перечислить: 2.Способы расширения ДД. 3. Основные способы регулировки коэффициента усиления напряжения каскада. 4.Основные характеристикии и технические параметры приемника с системой АРУ. 5. Основные характеристики и технические параметрами цепи АРУ . Лекция № 19 Принципы работы систем автоматического регулирования усиления в устройствах приема и обработки сигналов Тема № 8. «Системы автоматического регулирования в устройствах приема и обработки сигналов» Дать систематизированные основы научных знаний об особенностях построения и функционирования основных систем АРУ радиоприёмных устройств Цель лекции Актуальность темы лекции состоит в широком применении в современных образцах вооружения ВКС систем АРУ , обеспечивающих постоянство уровня полезного и помехового сигналов на выходе линейной части приемного устройства. Объекты профессиональной деятельности 55Ж6 - 3 Противник - ГЕ РСПН ЗРС С – 300 ПМУ - 1 Вопросы лекции 1. Назначение, классификация и характеристики систем АРУ устройств приема и обработки сигналов. 2. Принципы работы инерционной, быстродействующей, шумовой и временной систем АРУ устройств приема и обработки сигналов, методы расчёта. 3. Принцип работы усилителей с логарифмической амплитудной характеристикой, методы расчёта. Способность применять методы анализа и расчета характеристик радиотехнических цепей, аналоговых и цифровых узлов современной электроники (ОПК-7) ФОРМИРУЕМАЯ КОМПЕТЕНЦИЯ ПЛАНИРУЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОБУЧЕНИЯ ЗНАТЬ : характеристики, принципы работы и методы расчета основных систем АРУ(инерционной, быстродействующей, шумовой, временной, мгновенной) устройств приема и обработки сигналов ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ1.Макаревский П.А. Устройства приема и обработки сигналов [Электронный ресурс]: Учебное пособие. - Тверь: ВА ВКО, 2016. URL: http://ibook.academy.org/book/88 (л.1/о, м 8.2(Э) ). 2.Радиоприёмные устройства РЭТ. Учебник для курсантов и ИВС ВУЗов Войск ПВО. Под ред. А.Е. Охрименко-М.: Воениздат. 1992 (л.1/д, стр. 261 – 276).
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАДИОПРИЕМНЫХ СИСТЕМАХ 1.1.Общие сведения о радиоприемных системах 1.2. Основные характеристики радиоприемных устройств 2. ШУМОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ УСТРОЙСТВ ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ 2.1 Шумовые параметры и чувствительность устройств приёма и обработки сигналов 3. ВХОДНЫЕ ЦЕПИ 3.1. Входные цепи 4. УСИЛИТЕЛИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ 4.1.Усилители высокой частоты 4.2. Принципы работы, характеристики и параметры резонансных усилителей высокой частоты 4.3. Малошумящие усилители высокой частоты 4.4. Малошумящие усилители высокой частоты на туннельном диоде 5. УСИЛИТЕЛИ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЧАСТОТЫ 5.1. Резонансные усилители промежуточной частоты 5.2. Усилители промежуточной частоты с сосредоточенной избирательностью 6. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ 6.1. Общие сведения о преобразовании частоты 6.2. Многоэлектродные преобразователи частоты 6.3. Диодные преобразователи частоты 7. ДЕТЕКТОРЫ 7.1. Амплитудные детекторы 7.2. Фазовые детекторы 7.3. Частотные детекторы 8. АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛИРОВКИ УСИЛЕНИЯ И ПОДСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ 8.1. Автоматические регулировки усиления в радиоприёмных устройствах 8.2. Основные системы АРУ радиоприёмных устройств 8.3. Автоматические подстройки частоты в радиоприёмных устройствах 9. ПРИНЦИПЫ И УСТРОЙСТВА ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ 9.1. Принципы цифровой обработки сигналов 9.2. Цифровые устройства обработки сигналов радиоприёмных систем 10. ОПТИМАЛЬНЫЙ ПРИЕМ СИГНАЛОВ НА ФОНЕ ПОМЕХ, МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ И ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ ПРОСТЫХ И СЛОЖНЫХ СИГНАЛОВ 10.1. Особенности построения радиоприёмных устройств простых и сложных сигналов 10.2. Устройства приема и обработки сигналов радиотехнических систем и комплексов специального назначения ЗАКЛЮЧЕНИЕ заключение ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАДИОПРИЕМНЫХ СИСТЕМАХ 1.1.Общие сведения о радиоприемных системах 1.2. Основные характеристики радиоприемных устройств 2. ШУМОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ УСТРОЙСТВ ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ 2.1 Шумовые параметры и чувствительность устройств приёма и обработки сигналов 3. ВХОДНЫЕ ЦЕПИ 3.1. Входные цепи 4. УСИЛИТЕЛИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ 4.1.Усилители высокой частоты 4.2. Принципы работы, характеристики и параметры резонансных усилителей высокой частоты 4.3. Малошумящие усилители высокой частоты 4.4. Малошумящие усилители высокой частоты на туннельном диоде 5. УСИЛИТЕЛИ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЧАСТОТЫ 5.1. Резонансные усилители промежуточной частоты 5.2. Усилители промежуточной частоты с сосредоточенной избирательностью 6. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ 6.1. Общие сведения о преобразовании частоты 6.2. Многоэлектродные преобразователи частоты 6.3. Диодные преобразователи частоты 7. ДЕТЕКТОРЫ 7.1. Амплитудные детекторы 7.2. Фазовые детекторы 7.3. Частотные детекторы 8. АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛИРОВКИ УСИЛЕНИЯ И ПОДСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ 8.1. Автоматические регулировки усиления в радиоприёмных устройствах 8.2. Основные системы АРУ радиоприёмных устройств 8.3. Автоматические подстройки частоты в радиоприёмных устройствах 9. ПРИНЦИПЫ И УСТРОЙСТВА ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ 9.1. Принципы цифровой обработки сигналов 9.2. Цифровые устройства обработки сигналов радиоприёмных систем 10. ОПТИМАЛЬНЫЙ ПРИЕМ СИГНАЛОВ НА ФОНЕ ПОМЕХ, МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ И ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ ПРОСТЫХ И СЛОЖНЫХ СИГНАЛОВ 10.1. Особенности построения радиоприёмных устройств простых и сложных сигналов 10.2. Устройства приема и обработки сигналов радиотехнических систем и комплексов специального назначения ЗАКЛЮЧЕНИЕ заключение Вопрос №1 Назначение, классификация и характеристики систем АРУ в устройствах приема и обработки сигналов Вопрос №2 Принципы работы инерционной, быстродействующей, шумовой и временной систем АРУ устройств приема и обработки сигналов, методы расчёта ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ АРУ РАДИОПРИЁМНЫХ УСТРОЙСТВ(РПрУ)
Инерционные АРУ(ИАРУ) с обратной связью в зависимости от числа одновременно сопровождаемых целей подразделяются на АРУ непрерывного действия и АРУ дискретного действия. Схемное решение инерционной задержанной АРУ «назад» непрерывного действия Рис.1. Структурная схема и временны́е диаграммы напряжений в инерционной АРУ непрерывного действия УПЧ 1 2 4 3 Tм n РУ Селекторный импульс … Uвх ВУС ФНЧ УПТ БК ПД АД Uвых Uр Uр Uф Uп.д Uвых Uз t t t t 4 3 2 1 T 4 1 3 2 Система АРУ состоит из РУ (последовательно соединённые УПЧ, амплитудный детектор АД и видеоусилитель ВУС) и цепи АРУ (последовательно соединённые пиковый детектор ПД, фильтр нижних частот ФНЧ, усилитель постоянного тока УПТ и буферный каскад БК). Регулируемый усилитель (РУ) - УПЧ охвачен одной цепью АРУ. АРУ обеспечивает непрерывную регулировку коэффициента усиления приёмного канала, предназначенного для обработки сигналов, отражённых только от одной сопровождаемой цели. Система АРУ вырабатывает непрерывное регулирующее напряжение UР, пропорциональное отклонению напряжения сигнала на входе цепи АРУ(Uвых ) от номинального уровня(Uн). Напряжение полезного сигнала Uвых с выхода УПЧ поступает на вход пикового детектора(ПД) АРУ. В исходном состоянии ПД закрыт напряжением задержки Uз .Если Uвых < Uз , то схема АРУ не работает и регулирующее напряжение UР отсутствует. В противном случае цепь АРУ работает, с ее выхода снимается напряжение UР , что приводит к уменьшению(увеличению) коэффициента усиления УПЧ, если Uвых соответственно увеличилось(уменьшилось) относительно номинального значения Uн.Быстродействие системы АРУ определяется постоянной времени фильтра АРУ τф = RфСф.Для обеспечения требуемого диапазона регулирования число регулируемых каскадов УПЧ составляет, как правило, 3… 4.В качестве регулируемых целесообразно выбирать первые каскады УПЧ, через которые проходят сигналы сравнительно небольшого уровня.При одновременном сопровождении приёмным каналам двух и более целей схема АРУ должна вырабатывать напряжение UР по каждой сопровождаемой цели. Эта задача решается путём введения в приёмный канал столько цепей АРУ, сколько целей требуется сопровождать. ПРИНЦИП РАБОТЫ ИНЕРЦИОННОЙ ЗАДЕРЖАННОЙ АРУ «НАЗАД» ДИСКРЕТНОГО ДЕЙСТВИЯ ПРИНЦИП РАБОТЫ ИНЕРЦИОННОЙ ЗАДЕРЖАННОЙ АРУ «НАЗАД» ДИСКРЕТНОГО ДЕЙСТВИЯ Рис. 2. Структурная схема АРУ дискретного действия 2 Стробир. импульсы Uстр 5 1 2 3 4 АД ВУС Uвых РУ Модулятор ФНЧ ПД со сбросом УПТ Селектор Uвх Uу Uф Uд Uз Цепь АРУ 1 N Uр … … 2 УПЧ Uф t Uвых t Uд t Uу t Uстр t t Uр Ku4 Ku5… Ku Ku1 Ku2 Ku3 t Рис. 3. Временны́е диаграммы напряжений в характерных точках инерционной АРУ дискретного действия ПД со сбросом (восстановитель огибающей) выполняет роль расширителя импульсов.Непрерывное напряжение с фильтра АРУ(UФ) усиливается в УПТ, меняя свою полярность, и подается в виде напряжения управления UУ в модулятор.Модулятор (усилитель напряжения UУ ) в исходном состоянии закрыт и открывается стробирующими импульсами Uстр, совпадающими во времени с отражённым сигналом от сопровождаемой цели. Амплитуда выходного импульса модулятора UР пропорциональна амплитуде сигнала от сопровождаемой цели. Под действием UР производится регулировка коэффициента усиления напряжения трех каскадов УПЧ.При этом коэффициент усиления напряжения Кu РУ изменяется обратно пропорционально амплитуде сигнала, принятого от сопровождаемой цели.МЕТОД РАСЧЁТА ИНЕРЦИОННОЙ АРУ К основным параметрам инерционной АРУ, подлежащих расчёту, относятся: число регулируемых каскадов n; максимальная величина регулирующего напряжения Uр.max; напряжение задержки Uз; постоянная времени ФНЧ τф; коэффициент усиления напряжения усилителя цепи АРУ KАРУ . РАСЧЁТ ЧИСЛА РЕГУЛИРУЕМЫХ КАСКАДОВ Определить: динамический диапазон входного и выходного сигналов: Для радиолокационных приёмников требуемый диапазон сжатия амплитуд усиливаемого напряжения, который должна обеспечить система АРУ: ДР1 – глубина регулировки коэффициента усиления напряжения одного каскада РУ; К1max , К1min – соответственно максимальная и минимальная величина коэффициента усиления напряжения каскада РУ. В инженерных расчётах отношение К1max / К1min выбирается в диапазоне 10…15 для транзисторного усилительного каскада и 50… 100 для лампового. число регулируемых каскадов РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ УСИЛИТЕЛЯ ЦЕПИ АРУ Определить: Максимальное значения регулирующего напряжения, которое может обеспечить схема задержанной АРУ (усилитель в цепи АРУ отсутствует). КБК , КПД – коэффициент передачи напряжения соответственно БК и ПД цепи АРУ. Кu – коэффициент усиления напряжения приёмного канала до входа в цепь АРУ. Uc min – предельная чувствительность РПрУ. Если то усилитель в цепи АРУ не нужен. В противном случае в цепи АРУ необходим усилитель, коэффициент усиления напряжения которого КАРУ можно определить из соотношения: ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ ВРЕМЕНИ ФИЛЬТРА АРУ ФНЧ цепи АРУ предназначен для того, чтобы введенная обратная связь по цепи АРУ не искажала амплитудную модуляцию принимаемого сигнала и не нарушала устойчивость РУ. Это будет иметь место в том случае, если постоянная времени фильтра будет удовлетворять условию: – период модулирующей частоты(рис.1). БАРУ предназначена для повышения эффективности приёма полезных сигналов малой длительности и интенсивности на фоне мощных непрерывных или длинноимпульсных помех, обусловленных отражениями от подстилающей поверхности, местных предметов и метеообразовании. БАРУ должна быстро срабатывать под воздействием помехи, уменьшая за время её действия коэффициент усиления напряжения K нескольких каскадов УПЧ. При этом скорость изменения коэффициента усиления УПЧ должна соответствовать скорости изменения амплитуды помехи. После исчезновения помехи чувствительность РПрУ восстанавливается, и он может принимать маломощные полезные сигналы. Принцип работы БАРУ с обратной связью Рис. 4. Изменение коэффициента усиления УПЧ при воздействии импульсной помехи с большой амплитудой и длительностью: а – без системы БАРУ; б – с системой БАРУ t τп τu t t Uвх К К Помеха Полезный сигнал а б Цепь БАРУ состоит из последовательно соединённых амплитудного детектора (АД), видеоусилителя (ВУС), в состав которого входят последовательно соединённые апериодический каскад усиления и эмиттерный (катодный) повторитель, и фильтра нижних частот (ФНЧ). Принцип работы БАРУ с обратной связью Каскад УПЧ Uвых ФНЧ ВУС АД Uвх Uр Рис.5. Структурная схема каскада УПЧ охваченного цепью БАРУ При воздействии на вход РПрУ мощных и сравнительно большой длительности отражений от местных предметов или плотной облачности схема БАРУ вырабатывает постоянное регулирующее напряжение UР , которое поступает на вход регулируемого каскада УПЧ в виде добавочного смещения. Принцип работы БАРУ с обратной связью а t Eg ug t t Eg Uр Ug ia ia A A B ia ia ug сигнал помеха t Ug б Рис. 6. Процесс усиления сигнала и помехи в ламповом каскаде УПЧ: а – без системы БАРУ; б – при наличии системы БАРУ Так как величина постоянной времени ФНЧ сравнительно небольшая то фильтрация высокочастотного напряжения цепью БАРУ может оказываться недостаточной и при большом усилении УПЧ может привести к его самовозбуждению. Поэтому схемой БАРУ охватывается один усилительный каскад УПЧ. Регулировкой коэффициента усиления одного каскада не удаётся обеспечить требуемый диапазон регулирования. Поэтому приходится охватывать цепями БАРУ несколько каскадов. При этом регулировке подвергаются, как правило, последние (два…три) каскада УПЧ, так как вероятность их перегрузки больше, чем первых. Uвх Цепь БАРУ Uвых Цепь БАРУ Цепь БАРУ n–2 n–1 n Регулируемые каскады УПЧ Рис. 7. Структурная схема последних каскадов УПЧ, охваченных цепями БАРУ ВРЕМЕННАЯ АРУ (ВАРУ) ВАРУ – это система автоматического регулирования без обратной связи("АРУ- вперед") иначе программная система АРУ. Основная задача ВАРУ- обеспечить постоянство уровня сигналов, принятых с различных расстояний. Так как Uвх = А/r2 (А – постоянный коэффициент), то для обеспечения постоянства напряжения на выходе УПЧ ( Uвых = К Uвх = К·А/r2 = const) коэффициент усиления приемника К должен изменяться в течение периода повторения импульсов по закону: К = Вr2 В практических схемах ВАРУ регулирующее напряжение Uр изменяется в течение периода повторения импульсов T по экспоненте. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА И ВРЕМЕННЫ́Е ДИАГРАММЫ ВАРУ Рис. 8. Вариант структурной схемы УПЧ с ВАРУ Up Uвых 1-й каскад 2-й каскад n-й каскад БК ГПН Uвх Регулируемый УПЧ Uп Т Uвх 0 0 Uр Uр min Uр max К Кmax Кmin Время действия ВАРУ 0 t t t Зондирующий импульс Полезный сигнал Рис. 9. Принцип работы ВАРУ Пусковой импульс амплитудой UП от модулятора передатчика РЛС, генерируемый одновременно с зондирующим импульсом, запускает генератор пилообразного напряжения (ГПН). В начальный момент времени регулирующее напряжение |-Uр| максимально и может вообще запирать приёмный тракт. С увеличением дальности напряжение |-Uр|уменьшается, а усиление УПЧ увеличивается и на максимальной дальности достигает максимальной величины Kmax Для согласования ГПН с регулируемыми каскадами УПЧ используется буферный каскад (БК) – эмиттерный или катодный повторитель. ВАРУ применяют совместно с другими системами АРУ. Кроме основного назначения ВАРУ используют также для уменьшения влияния отражении от подстилающей поверхности и местных предметов. ПРИНЦИП РАБОТЫ ВАРУ ПРИНЦИП РАБОТЫ ШУМОВОЙ АРУ (ШАРУ) ШАРУ – разновидность ИАРУ непрерывного действия. Предназначена для стабилизации эффективного значения шумового напряжения UШ, что обеспечивает постоянство величины условной вероятности ложной тревоги F при заданной величине напряжения срабатывания Uo порогового устройства. Особенность ШАРУ: источником информации для неё является не полезный сигнал, а шумовые колебания. U t Uо Uш 0 Рис. 10. Осциллограмма шумового напряжения Стробируемый каскад цепи ШАРУ (выполняет роль селектора шумового напряжения ) предназначен для пропускания выборки шума в интервале времени, в котором отсутствует полезный сигнал(за пределами максимальной дальности действия РЛС). В исходном состоянии стробируемый каскад закрыт и открывается только во время поступления импульса напряжения от генератора строба, пропуская выборку шумового напряжения Uш 1 на восстановитель огибающей(пиковый детектор ПД). Стробирующее напряжение Uстр вырабатывается в моменты времени, когда сигнал отсутствует. Увеличение интенсивности шума Uш1 вызывает рост отрицательного напряжения Uр. Поэтому коэффициент усиления УПЧ уменьшается, что обеспечивает требуемую стабилизацию эффективного значения шумового напряжения Uш на входе порогового устройства обнаружителя. Расчёт схемы ШАРУ аналогичен расчёту инерционной АРУ непрерывного действия. ПРИНЦИП РАБОТЫ ШАРУ 1 2 3 Импульсы запуска 1 2 n … Uвх УПТ ФНЧ Uвых Uр 3 АД Стробир. каскад Генератор имп. строба Uш1 Uш3 Uстр ПД 4 УПЧ Рис. 11. Структурная схема УПЧ с ШАРУ (вариант) Uш1 t Uстр Uш3 Uр t t t τстр 1 2 3 4 Рис. 12. Временны́е диаграммы напряжений в характерных точках схемы при разомкнутой цепи обратной связи 1. Инерционные системы АРУ непрерывного и дискретного действия, шумовая и быстродействующая АРУ относятся к следящим системам автоматического регулирования и применяются в радиолокационных РПрУ импульсных сигналов с известным периодом повторения и длительностью зондирующего сигнала. 2. Быстродействующая система АРУ предназначена для повышения эффективности приема полезных сигналов малой длительности и интенсивности на фоне мощных непрерывных или длинноимпульсных помех, обусловленных отражениями от подстилающей поверхности, местных предметов и метеообразований. 3. Шумовая АРУ (ШАРУ) предназначена для стабилизации эффективного значения шумового напряжения с целью обеспечения требуемой условной вероятности ложной тревоги при заданной величине напряжения срабатывания порогового устройства обнаружителя. 4. Временна́я АРУ (ВАРУ) относится к системам автоматического регулирования без обратной связи и предназначена в основном для обеспечения требуемого постоянства выходного напряжения регулируемого усилителя независимо от дальности до объекта подлежащего обнаружению (сопровождению). ВАРУ как и ШАРУ применяется совместно с другими системами АРУ. Кроме основного предназначения ВАРУ используется также для уменьшения влияния отражений от подстилающей поверхности и местных предметов. ВЫВОДЫ ПО ВТОРОМУ ВОПРОСУ Вопрос №3 Принцип работы усилителей с логарифмической амплитудной характеристикой, методы расчёта Для расширения динамического диапазона РПрУ кроме рассмотренных основных систем АРУ применяются УПЧ, в которых дифференциальный коэффициент усиления напряжения находится в обратно-пропорциональной зависимости по отношению к входному напряжению : С – постоянная интегрирования , а – коэффициент пропорциональности. Эти усилители практически мгновенно реагируют на изменение входного напряжения и поэтому их относят к мгновенным АРУ (МАРУ). В радиолокационных РПрУ применяются линейно-логарифмические УПЧ, амплитудная характеристика (АХ) которых имеет три участка (рис. 13): участок I ;участок II; участок III. На участках I, II и III зависимость между напряжениями Uвых и Uвх соответственно линейная, логарифмическая и квазилинейная (на квазилинейном участке Кдиф = 1). Определив С ,получим соотношение для АХ линейно-логарифмического УПЧ : Таким образом, в линейно-логарифмическом УПЧ на участке АВ между Uвых и Uвх существует логарифмическая зависимость, причем величина Uвых прямо − пропорциональна величине Kmax Рис. 13. Амплитудная характеристика линейно-логарифмического усилителя Двых Двх Uвых Uвых, K Uвх III Uвых.к Uвых.н KI = Kmax I II Uвх.н Uвх.к K А Б 0 Качество работы логарифмического УПЧ характеризуется следующими параметрами: 1) входным Uвх.н и выходным Uвых.н начальными напряжениями, при которых начинается логарифмический участок АХ; 2)входным Uвх.к и выходным Uвых.к конечными напряжениями, при которых заканчивается логарифмический участок АХ; 3)диапазоном изменения амплитуд входного напряжения на логарифмическом участке 4)диапазоном изменения амплитуд выходного напряжения на логарифмическом участке ; 5)диапазоном (иначе коэффициентом) сжатия амплитуд усиливаемого напряжения на логарифмическом участке 1. Логарифмические усилители с нелинейным сопротивлением в нагрузке с выходом на промежуточной частоте. 2. Логарифмические усилители с последовательным детектированием и сложением продетектированных напряжений(с выходом на видеочастоте). Наиболее распространена вторая разновидность. В радиолокационных РПрУ нашли применение две разновидности усилителей с линейно-логарифмической АХ: Принцип работы логарифмического УПЧ с нелинейным сопротивлением в нагрузке Формирование линейно-логарифмической АХ в этом УПЧ обеспечивается за счет включения в резонансную нагрузку усилительного каскада нелинейного сопротивления Rнл Для получения требуемой ЛАХ необходимо включать сопротивление Rнл в каждом из n последовательно соединённых каскадов УПЧ. Рис. 14. Логарифмический УПЧ с нелинейным сопротивлением в нагрузке Uвх С VT Rнл L Uвых –Uк РЕЖИМ РАБОТЫ КАСКАДОВ При Uвх ≤ Uвх.н все каскады УПЧ работают в линейном режиме. По мере роста Uвх и достижении значения Uвх > Uвх.н происходит шунтирование резонансного сопротивления последнего n-го каскада сопротивлением Rнл ,то есть последний каскад переходит в логарифмический режим. По мере увеличения Uвх в логарифмический режим перейдет (n – 1) - й каскад, а n - й каскад – в квазилинейный режим и т. д. При Uвх > Uвх.к все каскады УПЧ работают в квазилинейном режиме (с коэффициентом усиления напряжения близким к единице), чтобы не наступила перегрузка всего усилителя. Диоды VD1 и VD2, выполняющие функции нелинейного сопротивления, работают соответственно во время положительных и отрицательных полупериодов усиливаемых колебаний. При малых уровнях сигнала диоды закрыты напряжениями смещения, снимаемыми с резисторов R1 и R2 соответствующих делителей. Если напряжение сигнала на контуре превысит напряжение смещения, то диоды открываются, шунтируя при этом нагрузку. Требуемый закон изменения нелинейного сопротивления обеспечивается подбором типа диодов и режима их работы путем изменения исходного напряжения смещения потенциометрами RП Рис. 15. Принципиальная схема каскада логарифмического УПЧ с нелинейным сопротивлением в нагрузке –Uc Rп С1 С3 L Uвх R3 Сф Rк Ср –Ек Rф Uвых С VT1 С2 R2 R1 Rп VD1 VD2 +Uc В данном усилителе полоса пропускания зависит от величины входного напряжения. Поэтому каскады такого УПЧ делаются широкополосными, а требуемая частотная избирательность достигается применением фильтров сосредоточенной избирательности на входе и выходе усилителя. Усилители этого типа применяются в том случае, когда требуется получить высокую точность логарифмирования, достижение которой весьма сложно. Поэтому более технологичными и применяемыми являются логарифмические УПЧ с последовательным детектированием. ОСОБЕННОСТИ, ДОСТОИНСТВА и НЕДОСТАТКИ УПЧ с НЕЛИНЕЙНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ в НАГРУЗКЕ Принцип работы логарифмического УПЧ с последовательным детектированием и сложением продетектированных напряжений В его состав входят n одинаковых каскадов с коэффициентом усиления напряжения К1 каждый, амплитудные детекторы АД1, АД2,…, АДn и линия задержки (ЛЗ) на элементах L, C. Выход каждого каскада подключен через соответствующий АД к ЛЗ. Чтобы исключить отражения от концов ЛЗ величина Rн выбирается равной волновому сопротивлению линии ρ. ЛЗ предназначена для совмещения во времени суммируемых на нагрузке видеоимпульсов. Для этого время задержки видеоимпульса в ячейке линии LC должно быть равно времени задержки радиоимпульса при прохождении его через k-й усилительный каскад и детектор. Рис16. Схема логарифмического УПЧ с последовательным детектированием Каскады УПЧ Uвх … Rн Rн … L L L C C C C Uвых 1-й АД1 2-й (n–1)-й n-й АД2 АДn-1 АДn В случае линейного режима работы всех каскадов выходное напряжение УПЧ: Данная сумма представляет собой сумму геометрической прогрессии со знаменателем К1.Следовательно Предположим,что при некотором входном напряжении Uвх.н последний каскад перейдет в режим насыщения. При этом на выходе УПЧ будет напряжение Uвых.н При увеличении Uвхв K1 раз(подать на вход напряжение Uвх.н K1) в режим насыщения кроме последнего перейдет (n - 1) - й каскад и на выходе УПЧ суммарное напряжение окажется равным 2Uвых.н . Диапазон входных напряжений от Uвх.н до Uвх.нK1 определяет второй участок АХ усилителя. При увеличении Uвх до величины K12Uвхв режим насыщения перейдет (n – 2) - й каскад и выходное напряжение станет равным 3Uвых.н. Диапазон входных напряжений K1Uвх.… K12Uвх определяет третий участок АХ усилителя. Процесс приращения выходного напряжения с ростом входного будет продолжаться до перегрузки первого каскада входным напряжением Uвх = K1n-1Uвх.н , при котором Uвых. = nUвх.н.
(линейный )участок АХ. В общем случае для некоторого m-го участка ЛАХ при Изменяя К1 можно изменять крутизну ЛАХ (с ростом К1 ЛАХ становится более пологой). 1 Uвых 3Uвых.н Uвых.н 2Uвых.н 3 2 Uвх K1Uвх.н Uвх.н Uвх.н Рис. 17. Амплитудная характеристика усилителя Выводы по третьему вопросу 1.Логарифмическими называют усилители, обеспечивающие логарифмическую связь между выходным и входным напряжениями. Эти усилители практически мгновенно реагируют на изменение входного напряжения и поэтому их относят к мгновенным АРУ. 2.Амплитудная характеристика (АХ) этих УПЧ является линейно-логарифмической и обеспечивает непрерывное нарастание выходного напряжения в требуемом динамическом диапазоне входных сигналов, а также линейное усиление сигналов малого уровня. 3. В радиолокационных РПрУ находят более широкое применение логарифмические УПЧ с последовательным детектированием ,то есть с выходом на видеочастоте (более просто реализуются).Недостатком таких усилителей является возможность их использования только при некогерентной обработке сигналов. 4. Логарифмические УПЧ в процессе эксплуатации требуют регулярного контроля на предмет соответствия реальной АХ точно логарифмической во всем требуемом динамическом диапазоне входных сигналов. Задание и методические указания курсантам на самостоятельную работу 1.Изучить: л.1/о, м.8.2(Э);л.1/д, с.261-276;л.2/д, с.132 - 141). 2. Исполнить: отработать конспект лекции. Основное внимание обратить на характеристики систем АРУ, принципы работы и методы расчета основных систем АРУ(инерционной, быстродействующей, шумовой, временной, мгновенной). 3. Быть готовыми : к практическому занятию № 11 на тему: «Расчёт параметров систем АРУ в устройствах приема и обработки сигналов». ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАДИОПРИЕМНЫХ СИСТЕМАХ 1.1.Общие сведения о радиоприемных системах 1.2. Основные характеристики радиоприемных устройств 2. ШУМОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ УСТРОЙСТВ ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ 2.1 Шумовые параметры и чувствительность устройств приёма и обработки сигналов 3. ВХОДНЫЕ ЦЕПИ 3.1. Входные цепи 4. УСИЛИТЕЛИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ 4.1.Усилители высокой частоты 4.2. Принципы работы, характеристики и параметры резонансных усилителей высокой частоты 4.3. Малошумящие усилители высокой частоты 4.4. Малошумящие усилители высокой частоты на туннельном диоде 5. УСИЛИТЕЛИ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЧАСТОТЫ 5.1. Резонансные усилители промежуточной частоты 5.2. Усилители промежуточной частоты с сосредоточенной избирательностью 6. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ 6.1. Общие сведения о преобразовании частоты 6.2. Многоэлектродные преобразователи частоты 6.3. Диодные преобразователи частоты 7. ДЕТЕКТОРЫ 7.1. Амплитудные детекторы 7.2. Фазовые детекторы 7.3. Частотные детекторы 8. АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛИРОВКИ УСИЛЕНИЯ И ПОДСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ 8.1. Автоматические регулировки усиления в радиоприёмных устройствах 8.2. Основные системы АРУ радиоприёмных устройств 8.3. Автоматические подстройки частоты в радиоприёмных устройствах 9. ПРИНЦИПЫ И УСТРОЙСТВА ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ 9.1. Принципы цифровой обработки сигналов 9.2. Цифровые устройства обработки сигналов радиоприёмных систем 10. ОПТИМАЛЬНЫЙ ПРИЕМ СИГНАЛОВ НА ФОНЕ ПОМЕХ, МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ И ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ ПРОСТЫХ И СЛОЖНЫХ СИГНАЛОВ 10.1. Особенности построения радиоприёмных устройств простых и сложных сигналов 10.2. Устройства приема и обработки сигналов радиотехнических систем и комплексов специального назначения ЗАКЛЮЧЕНИЕ заключение ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАДИОПРИЕМНЫХ СИСТЕМАХ 1.1.Общие сведения о радиоприемных системах 1.2. Основные характеристики радиоприемных устройств 2. ШУМОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ УСТРОЙСТВ ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ 2.1 Шумовые параметры и чувствительность устройств приёма и обработки сигналов 3. ВХОДНЫЕ ЦЕПИ 3.1. Входные цепи 4. УСИЛИТЕЛИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ 4.1.Усилители высокой частоты 4.2. Принципы работы, характеристики и параметры резонансных усилителей высокой частоты 4.3. Малошумящие усилители высокой частоты 4.4. Малошумящие усилители высокой частоты на туннельном диоде 5. УСИЛИТЕЛИ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЧАСТОТЫ 5.1. Резонансные усилители промежуточной частоты 5.2. Усилители промежуточной частоты с сосредоточенной избирательностью 6. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ 6.1. Общие сведения о преобразовании частоты 6.2. Многоэлектродные преобразователи частоты 6.3. Диодные преобразователи частоты 7. ДЕТЕКТОРЫ 7.1. Амплитудные детекторы 7.2. Фазовые детекторы 7.3. Частотные детекторы 8. АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛИРОВКИ УСИЛЕНИЯ И ПОДСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ 8.1. Автоматические регулировки усиления в радиоприёмных устройствах 8.2. Основные системы АРУ радиоприёмных устройств 8.3. Автоматические подстройки частоты в радиоприёмных устройствах 9. ПРИНЦИПЫ И УСТРОЙСТВА ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ 9.1. Принципы цифровой обработки сигналов 9.2. Цифровые устройства обработки сигналов радиоприёмных систем 10. ОПТИМАЛЬНЫЙ ПРИЕМ СИГНАЛОВ НА ФОНЕ ПОМЕХ, МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ И ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ ПРОСТЫХ И СЛОЖНЫХ СИГНАЛОВ 10.1. Особенности построения радиоприёмных устройств простых и сложных сигналов 10.2. Устройства приема и обработки сигналов радиотехнических систем и комплексов специального назначения ЗАКЛЮЧЕНИЕ заключение |