8.4. Основные характеристики систем автоматической регулировки усиления
Амплитудные характеристики АРУ или зависимости уровня выходного напряжения УПЧ от величины сигнала на его входе Uвых = f (Uc) приведены на рис. 8.3.
В регулируемом усилителе без АРУ имеется линейная зависимость между Uвых и Uc. Однако при больших значениях Uc линейная зависимость нарушается и наблюдается перегрузка усилителя, которая приводит к появлению искажений сигнала.
В простой АРУ при увеличении Uс коэффициент усиления УПЧ начинает уменьшаться и перегрузка усилителя не возникает.
В системе АРУ с задержкой степень нелинейности амплитудной характеристики понижается, причем снижение коэффициента усиления регулируемого усилителя (наклон амплитудной характеристики) в диапазоне [(Uс)п, (Uc)max] будет определяться коэффициентом усиления в петле обратной связи.
При Uс (Uc)max стабилизирующее действие АРУ ослабляется из-за перегрузки в цепи самой АРУ.
Регулировочная характеристика определяет зависимость коэффициента усиления регулируемого усилителя от величины управляющего напряжения ku = f (Up). Примерный вид этой характеристики в логарифмическом масштабе (ku(дБ) = 20lgku) изображен на рис. 8.4. Коэффициент усиления регулируемого усилителя максимален (ku = (ku)max) при Up = 0. По регулировочной характеристике можно определить величину (Up)max, при которой ku = (ku)min. Отношение (ku)max /(ku)min = называется коэффициентом регулирования
Значение Up, в свою очередь, определяется уровнем сигнала на выходе регулируемого усилителя. Зависимости уровня регулирующего напряжения от величины Uвых для двух типов АРУ приведены на рис. 8.5. В системе АРУ с задержкой регулирующее напряжение появляется при Uвых > Uп. При больших значениях Uвых из-за перегрузки АРУ зависимости Up = f(Uвых) существенно искажаются.
Считая зависимость Up = f (Uвых) близкой к линейной при значениях Uвых < (Uвых)max, можно записать выражение для коэффициента усиления в петле АРУ:
(ku)АРУ = (Up)max /[(Uвых)max – (Uвых)min] = (Up)max /[(Uвых)min·( – 1)]. (8.4)
Из уравнения (8.4) следует, что невозможно получить «идеальную» АРУ, для которой = (Uвых)max/(Uвых)min = 1. Реальная АРУ приближается к «идеальной» при больших значениях коэффициента усиления (ku)АРУ в петле обратной связи АРУ.
8.5. Анализ работы системы ару в динамическом режиме
В динамическом режиме, когда амплитуда входного сигнала изменяется скачкообразно, изменение коэффициента усиления регулируемого усилителя с помощью системы АРУ происходит с некоторой задержкой во времени, обусловленной наличием в АРУ инерционных звеньев. Полагая, что инерционным звеном является ФНЧ (например, RC-фильтр первого порядка) в петле обратной связи, можно записать дифференциальное уравнение, связывающее амплитуду напряжения на выходе регулируемого усилителя Uвых и напряжение на выходе фильтра:
RфСф duвых(t) /dt + (1+SpUc)Uвых = (ku)max Uc, (8.5)
где Sp – крутизна регулировочной характеристики в рабочей точке.
Решение уравнения имеет вид
uвых (t) = (ku)max Uc / (1+ ) [1+ exp (–t / АРУ)], (8.6)
где = (ku)ару Sp Uc, ару = Rф Сф / (1+ ), а Uc определено для момента времени t = 0.
Величина АРУ определяет скорость протекания процесса установления амплитуды выходного напряжения. Из (8.6) следует, что процесс установления выходного напряжения протекает тем быстрее, чем больше величина .
Установившееся значение Uвых можно найти из (8.6) при значении t, стремящемся к бесконечности:
(Uвых)уст = (ku)max Uc / (1+). (8.7)
При использовании в качестве инерционного звена АРУ ФНЧ более высокого порядка напряжение uвых(t) может иметь колебательный характер.
Л а б о р а т о р н а я р а б о т а