Автоматическая регулировка усиления (ару) прм



жүктеу 182.87 Kb.
Дата01.05.2016
өлшемі182.87 Kb.
: study
study -> Методические рекомендации по подготовке путевой информации и экскурсий
study -> 2 билет. Своеобразие и периодизация р/л 18 века.(в тетради) 3 билет. Творчество Капниста
study -> В любом языке ударение характеризуется силой, высотой, длительностью. Ни один из аспектов не существует самостоятельно
study -> Искусство в системе кул-ры. Его истоки. Специфика искусства
study -> 18. Сложные вопросы трактовки фонем
study -> 17. Поэтика новел Проспера Мериме
study -> 1. Эпоха романтизма. Основные черты романтического художественного мира
study -> Вопрос смысл понятия романтизм. Предпосылки. Романтизм
study -> Закона, в котором сказано: «Бог гордым противится, а смиренным дает благодать»


Автоматическая регулировка усиления (АРУ) ПРМ
АРУ предназначена для поддержания уровня выходного сигнала ПРМ вблизи заданного значения при изменении амплитуды входного сигнала.

Причины изменения амплитуды:



  1. Изменение расстояния между ПРМ и передатчиком.

  2. Изменение направления ПРМ и передающих антенн.

  3. Изменение условий распространения радио волн.

  4. Изменение отображающей поверхности (для РЛС).


К(Up)



Блок высокой частоты


Uвх

УРЧ


ПЧ

УПЧ




Uвых

АРУ


Up



; ; -уравнение идеальной АРУ


Для случая АМ-сигнала:








АРУ должна реагировать только на изменения средние значения амплитуды Uср.

АРУ :1) – прямые, 2) - обратные

Блок высокой частоты

УРЧ


ПЧ

УПЧ

D

УЧМ

Uвх Uвых






Uраб АРУ


Ф1

АРУ

D1

АРУ
Uвх



Обратная

D1

АРУ


Е3


Ф2

АРУ





Прямая

Е32


Обратная АРУ - точка приложения регулировочного напряже-ния находится ближе по входу ПРМ (Ир1) чем точка съема входного напряжена АРУ.

Прямые АРУ наоборот.



Особенности:

Обратные АРУ – защищают от перегрузок систему АРУ, изменение параметров системы АРУ меньше сказывается на смещение характеристик ПРМ (т.к. есть обратная связь), но не может дать постоянства выходного напряжения. Причина - выход линейного тракта ПРМ является входом систем АРУ. Система не может обладать большой регулировкой усиления, кроме того, так как система с ОС, то она обладает ограниченным быстродействием (из-за чего система может стать неустойчивой).

Прямые АРУ – позволяют обеспечить в принципе постоянное напряжение на выходе; при выходе обеспечивает высокое быстродействие, но перегрузкам подвержена сама система, поэтому надо ставить на вход свою систему усиления
Большее распространение получили обратные АРУ.

ВРЕМЕННЫЕ АРУ (ВАРУ)

Применяются в ПРМ РЛС обнаружения и обзора земной поверхности.



ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА:

D


U

Блок высокой частоты

УРЧ


ПЧ

УПЧ

ВУ

Вх Uвых

ГРН
U p


От ПРД





UПРД МС ЗС




t


UГРН t




UРmax



ГРН – генератор регулирующего напряжения.

ЗС – зондирующие сигналы.

МС – мешающие сигналы.

СЦ – сигнал цели.


АНАЛО – ЦИФРОВАЯ АРУ

U
РУ



Д

ДУ
вх Uвх

СУВКР

СФКР


ПНК
Nр




Nэт

РУ– регулируемый усилитель.

ВУ – видеоусилитель.

ПНК – преобразователь напряжения в код.

СФКР – схема формирования кода регулирования, где он сравнивается с эталонным значением кода.

СУВКР – схема усреднения и запоминания кода регулирования.

В качестве РУ используются ключевые транзисторы или диоды.

Достоинства АЦ АРУ по сравнению с аналоговой: высокая точность регулировки усиления; большой динамический диапазон; высокое быстродействие.

Все системы АРУ делятся на: инерциальные и безинерционные.

Инерционные реагируют на изменение средней амплитуды последовательности входного сигнала.

Uвх Uср


Kпрм(t) t




t

Пропорционально Ucред. будет меняться коэффициент усиления ПРМ.

Безинерционные АРУ реагируют на изменение напряжения во время длительности импульса:

Uвх



t


Uвых



Uовых







u
U0 вых. сonst.

За время ару>и, за время и АРУ должно отработать изменение амплитуды, чтобы U0вых. const . Между импульсами АРУ разомкнуто.

Все системы АРУ в зависимости от типа РУ делятся на режимные и не режимные.


РУ

Uвх Uвых






Uр



Пусть РУ – это резонансный усилитель. Тогда |K(jw)|=|S’||ZH’|

S – крутизна активного элемента.

Чтобы менять усиление нужно:

  1. менять крутизну (получаем режимную АРУ)

|S’|=f (Up)

  1. менять сопротивление нагрузки (получаем не режимное АРУ)

|ZH’|=f (Up)


ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ СИСТЕМЫ АРУ

1.Основной характеристикой является амплитудная характеристика линейного тракта приемника.



UВых

Без АРУ


U*вых max



C АРУ


Uвых max
Uвых min


Uвх min U*вх max Uвх max Uвх


Uвход.min и Uвход.max – определяют динамический диапазон ПРМ.

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




Uвых




без АРУ





идеальная с АРУ

Uвх


Uвх 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






Uр Uз
детектор АРУ открывается только, когда U вход.>U3

В этом случае амплитудная характеристика выглядит следующим образом:


Uвых
без АРУ



АРУ с задержкой






Uвх

Uвх мин Uз Uвх 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 Uвых Uд




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

Rф фильтра

Сф

WB ~1 /  ф




WB 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. Wв << min, где min - минимальная частота спектра полезного модулированного сигнала; Wв – верхняя граничная частота фильтра.

Подходит




WB




WBminmax W

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

Применяются также двухзвенные фильтры:

Rф1 Rф2





Cф1 Cф2

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.





Uвых


















Rф Rз

Uф Ес




Сф

на затвор транзистора подается регулирующее напряжение Up.

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

Ek

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

Коэффициент усиления триода V2 регулируется изменением регулирующего Up.


K





где K – коэффициент усиления V1,а  - коэффициент усиления V2.

 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 Up= 0, то диоды открыты и коэффициент усиления максимален и наоборот.

Достоинство: глубина регулировки 25-30 дБ. Простота.



Недостаток: большие нелинейные искажения за счет диодов.



































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

Uвх Uвх Кд



Uр U1


Усил.


Ф



Кус Кф
РУ меняет свое K0 в зависимости от Up

Задается при этом

Для идеальной системы АРУ:

В СР анализируем:

требуемая глубина регулировки:

Задается типом РУ и определяем вид регулировочной характеристики.
K0

К0max аппроксимируем K0 начал. =K0 max

 tg=Kapy=KdKpKyc

К0min 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 (Up) = K0 начал. – pUp;
К(Up)

Koнач Kp=K(Up)=Koнач - pUp;

P=tg - крутизна регулировочной

характеристики


Up max



Выберем в качестве фильтра АРУ - однозвенный RC фильтр.


Rф

Up Коэффициент усиления

U1 РУ (Кус=1)

CФ его как бы нет
Тогда -дифференциальное уравнение

этой цепи

Найдем связь Uвх и Uвых

К0начКнр Uвых< Eз(АРУ разомкнут)

Uвых= Uвх

К0нр ( К0нач – РUр) Uвых> Eз
К0нр-Коэффициент усиления нерегулируемого усилителя

Найдем отсюда UР: (из второго условия)



U1- напряжение на входе фильтра

U1АРУ(Uвых -РЕзад);

КАРУкоэффициент передачи детектора Кd

Подставим Up 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:



Uвх






t
Uвых. нач. – начальное значение выходного напряжения:

Uвых. нач.=K0 нр.K0 нач. Uвход.

-эквивалентный коэффициент усиления цепи АРУ,

=К0нрКАРУР

АРУ - постоянная времени цепи АРУ.

График переходных процессов в системе АРУ:




Входной сигнал

Uвыхнач

E31 убывает по exp





E32

Uвыхуст
t

При t



Чем  Е3, тем  Uвых 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 KАРУ, тем больше крутизна следовательно меньше АРУ следовательно больше быстродействие);

  3. от амплитуды входного сигнала (чем больше Uвх., тем меньше , тем больше быстродействие, будет круче спадать exp.);

  4. от постоянной времени фильтра ффRф (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 Uвых



УС

Ф

Д
Е3


Причина неустойчивости: так как есть ОС, то может оказаться, что фазы Up и Uвх. 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:



=Uф/UВЫХ - 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 900.
Особенности работы АРУ в приемниках импульсных сигналов
АРУ делятся на инерционные и безинерционным.


  1. Инерционные системы АРУ.

В таких АРУ должно выполнятся условие АРУ>>Тп, где Тп – 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:

UВХ UВЫХ


UР

СИ ПРД к ССУК

UВХАРУ(*) E3


РУ



Д

ВУ







СК








УПТ



ФНЧ

Д




UВХ ЗИ СИ












t

UСИ n

ЗАД ЗАД









UВХару t








t

На рисунке обозначено: ВУ - видеоусилитель; СК-стробирующийся каскад, открывающийся строб-импульсами передатчика. Выход СК используется для ССУК – схемой слежения по угловым координатам; ЗИ - зондирующие импульсы передатчика; ОИ - Отраженные от цели импульсы. Uр- пропорционально последовательности видеоимпульсов на UвхАРУ*

АРУ реагирует на среднее значение огибающей, поэтому АРУ выбираем из условия: АРУ>>и, а с другой стороны эта величина должна быть гораздо меньше максимального периода отраженного сигнала: АРУ<<оn,

Весь остальной расчет аналогичен расчету системы АРУ для непрерывных сигналов.

2) Безынерционные системы АРУ.

Применяются по назначению самой радиосистемы: например, АРУ приемник самолетного ответчика; АРУ приемника РЛС обнаружения.

Для этих АРУ различают два режима работы:


  1. БАРУ>u ; 2) БАРУ<n,

Рассмотрим первый режим:

БАРУ>u , следовательно сигнал проходит при максимальном усилении.




Uвых без системы БАРУ

с системой БАРУ

Uвх

ПИ

Для системы без БАРУ


ОИ

С включенной БАРУ


t

ОИ - отраженный импульс

от цели

ПИ- помеховый импульс.



То есть БАРУ решают еще

задачу по борьбе с

импульсными помехами













Рассмотрим второй вариант: БАРУ<n,




Uвх Uвых с БАРУ

U0=var


U = var

U0вых



Сигнал имеет переменную амплитуду U0 и длительность импульса так же переменная.



Нужно так выбирать БАРУ, чтобы U0вых была постоянна независимо от U0 и u.

Главная задача здесь выделить сигнал и сформировать на выходе сигнал с постоянной U0вых.

Это более быстродействующая система, чем первая.

В периоды между импульсами обе системы БАРУ не работают - они разомкнуты, то есть это системы дискретные во времени.







©netref.ru 2017
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет