Глава 9. Регулировки в радиоприёмных

устройствах

9.1. Назначение и виды регулировок

В процессе изготовления, эксплуатации и ремонта РПрУ приходится регулировать ряд его показателей: частоту настройки, коэффициент усиления, полосу пропускания и др. В зависимости от вида регулируемого параметра различают:

• регулировку усиления, которая может осуществляться в трактах радиочастоты и промежуточной частоты, а также в последетекторной части приёмника;

• регулировку частоты настройки, обеспечивающую приём сигналов в широком диапазоне частот;

• регулировку полосы пропускания, которая может производиться в трактах радиочастоты и промежуточной частоты, а также в последетекторной части приёмника.

Возможны регулировки и ряда других параметров.

Регулировка бывает ручной и автоматической. Первая служит для установки исходных показателей РПрУ, вторая поддерживает выбранные показатели на требуемом уровне. Некоторые виды регулировок можно отнести к смешанным. В современных РПрУ для регулировок, управления и контроля параметров широко используют микроконтроллеры. В ряде приёмников предусматривается дистанционное управление.

2. Автоматическая регулировка усиления

Автоматическая регулировка усиления (АРУ) предназначена для поддержания постоянного напряжения на выходе УПЧ, необходимого для нормальной работы оконечных устройств приёмника. Уровень сигнала на входе приёмника изменяется в широких пределах. Поэтому при максимальном напряжении на входе приёмника система АРУ должна обеспечить минимальный коэффициент усиления радиотракта, и наоборот. Таким образом, задача АРУ – изменять усиление радиотракта РПрУ в зависимости от уровня входного сигнала. Простота схем АРУ позволяет применение их почти во всех РПрУ.

В системах радио- и телевещания изменение мощности принимаемых сигналов связано с обеспечением высококачественного приёма передач радиостанций, находящихся на разных расстояниях от места приёма. В соответствии с нормами, принятыми в Российской Федерации, изменение уровня сигнала на входе РПрУ бытового назначения (динамический диапазон сигнала) может составлять 60,46 и 30 дБ (т.е. уменьшаться в 1000, 200 или 30 раз от первоначального) для аппаратов соответственно высшей, первой и второй групп сложности. Изменение (уменьшение) напряжения на выходе бытовых РПрУ не должно превышать 10 дБ. Чтобы удовлетворить этим требованиям, усиление в ЛТП должно изменяться на 20 … 50 дБ (в 10 …316) раз в зависимости от группы сложности аппаратов. Соблюдение этого позволяет предотвратить нелинейные искажения сигнала вследствие перегрузки каскадов и поддерживать оптимальный режим работы РПрУ.

Необходимо иметь ввиду, что амплитуда сигнала в РПрУ в зависимости от условий распространения радиоволн может изменяться даже при его приёме от одной станции. Например, из-за замираний (федингов) уровень сигнала на входе РПрУ изменяется по случайному закону в широком диапазоне. В этом случае система АРУ должна устранять только замирания сигнала, но не должна реагировать на параметры АМ.

В радиосвязи динамический диапазон сигнала может достигать 60 дБ, а в радиолокации – 100 дБ.

Классификация систем АРУ.

В зависимости от принципа действия системы АРУ подразделяются на три основных типа: обратная, прямая и комбинированная.

Обратная система АРУ.

Структурная схема обратной системы АРУ показана на рис.9.1:

Рис.9.1. Структурная схема обратной системы АРУ

Эта схема является наиболее простой и эффективной. Она представляет собой замкнутую нелинейную цепь, содержащую усилительный канал РПрУ с регулируемым коэффициентом усиления и цепь регулирования. Напряжение U_РЕГ подаётся со стороны выхода в направлении входа канала. Как и всякая система автоматического регулирования, система АРУ представляет собой замкнутую цепь отрицательной обратной связи (ООС).

В состав регулируемого усилительного канала входят каскады с постоянным усилением и элементы межкаскадных связей с регулируемыми коэффициентами передачи. Цепь АРУ состоит из амплитудного детектора, фильтра низких частот и усилителя постоянного тока. С выхода одного из последних каскадов УПЧ сигнал поступает на АД АРУ, после детектирования проходит ФНЧ и поступает на УПТ. С выхода УПТ регулирующий сигнал U_РЕГ, пропорциональный амплитуде сигнала на выходе регулируемого усилительного канала, подаётся на вход первых каскадов ЛТП. Назначение ФНЧ – отфильтровать составляющие частот модуляции и устранить обратную связь по промежуточной частоте в регулируемом усилителе. В цепь АРУ обычно включаются каскады УРЧ и первые каскады УПЧ.

Недостатком обратной системы АРУ является то, что она не позволяет получить идеальной характеристики регулирования, т.е. поддержание постоянного выходного напряжения в широком диапазоне изменения уровня входных колебаний. Причина этого заключается в том, что для получения управляющего напряжения используется приращение выходного регулируемого усилительного канала РПрУ.

Прямая система АРУ.

Структурная схема прямой системы АРУ показана на рис.9.2.

Рис.9.2. Структурная схема прямой системы АРУ

В этой схеме управляющее коэффициентом усиления напряжение U_РЕГ формируется из входного сигнала регулируемого канала с помощью цепи, включающей дополнительный усилитель с большим коэффициентом усиления, АД, ФНЧ и УПТ. При увеличении амплитуды входного сигнала напряжение на выходе детектора АРУ возрастает, при этом увеличивается U_РЕГ, что вызывает уменьшение коэффициента усиления резонансных каскадов.

Достоинства прямой системы АРУ:

• постоянство амплитуды колебаний несущей частоты на выходе ЛТП в широком диапазоне изменений амплитуд входных сигналов;

• высокое быстродействие.

Недостатки прямой системы АРУ:

• необходимость включения в цепь АРУ дополнительного усилителя высокочастотных колебаний с большим коэффициентом усиления, который может перегружаться от входного сигнала;

• необходимость обеспечения высокой стабильности параметров дополнительного усилителя;

• подверженность влиянию дестабилизирующих факторов (изменение температуры, напряжение источника питания и др.).

• отсутствие цепи обратной связи, что приводит к значительным изменениям уровня выходного сигнала из-за нестабильности параметров основного и дополнительного усилителей.

Комбинированная система АРУ.

Структурная схема комбинированной схемы АРУ приведена на рис.9.3.

Рис.9.3. Структурная схема комбинированной системы АРУ

Эта схема представляет собой сочетание систем двух ранее рассмотренных типов АРУ. В комбинированной системе АРУ цепь регулировки прямого действия может охватывать как высокочастотную часть РПрУ, так и УНЧ.

В комбинированной системе АРУ рационально используются преимущества обеих систем, а именно, стабильность обратной АРУ и возможность получения идеальной характеристики регулирования в прямой АРУ. Структурная схема комбинированной АРУ имеет в своём составе два регулируемых канала. Основная регулировка усиления производится в первом регулируемом усилительном канале, который, как правило, включает в себя несколько регулируемых каскадов. Второй регулируемый усилительный канал (чаще всего это один усилительный каскад) компенсирует возрастание напряжения на выходе первого усилительного канала.

Различают системы АРУ с непрерывным и дискретным регулированием.

В системах АРУ с непрерывным регулированием изменение коэффициента усиления канала носит непрерывный характер.

В системах АРУ с дискретным регулированием (цифровые АРУ) коэффициент усиления каскада изменяется по ступенчатому закону, т.е. принимает определённые дискретные значения. Такие системы АРУ выполняются на логических элементах, поэтому они технологичны в производстве и обладают идентичностью характеристик.

В импульсных РПрУ применяют системы АРУ с высоким временным разрешением для регистрации слабого сигнала, который приходит через малый интервал времени после сильного сигнала или мощной помехи. Такая ситуация характерна для РПрУ РЛС, когда отражённые от местных предметов сигналы маскируют слабый эхо-сигнал от цели.

Разрешение импульсов длительностью τ_ИМП может быть обеспечено тремя видами АРУ. В системе быстродействующей АРУ (БАРУ) постоянная времени ФНЧ выбирается малой величины, чтобы удовлетворялось условие τ_ФНЧ = (2 …10)τ_ИМП.

Система АРУ, в цепь которой введён каскад, открывающийся на период воздействия полезного сигнала, называется системой АРУ с временной селективностью, или временной АРУ (ВАРУ). Такие системы АРУ также применяются в РПрУ РЛС.

В системе программной АРУ (ПАРУ) регулирующее напряжение изменяется по заранее заданной программе.