Автоматическая регулировка усиления (ару) прм



Скачать 228.14 Kb.
Дата10.06.2016
Размер228.14 Kb.


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

  1. УРЧ


ПЧ

УПЧ
Uвых




  1. 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


  1. D

  2. 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.


  1. ВРЕМЕННЫЕ АРУ (ВАРУ)

Применяются в ПРМ РЛС обнаружения и обзора земной поверхности.

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА:
  1. D




  • Блок высокой частоты

  • УРЧ


ПЧ

УПЧ

  1. ВУ


UВх Uвых

ГРН


U p
  1. 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

РУ

Д

ДУ



Uвх Uвх
СУВКР
  1. 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



  1. Пусть РУ – это резонансный усилитель. Тогда |K(jw)|=|S’||ZH’|
  2. S – крутизна активного элемента.

  3. Чтобы менять усиление нужно:

  1. менять крутизну (получаем режимную АРУ)

  1. |S’|=f (Up)

  1. менять сопротивление нагрузки (получаем не режимное АРУ)

  1. |ZH’|=f (Up)






  1. 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

АРУ


D

АРУ


фильтр
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


РУ

Д

Uвх Uвых Uд


Может

Uр отсутствовать

Усил.

  1. 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.

  1. 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.





  • РУ

Uвх 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
  1. ВУ



  1. СК


УПТ

ФНЧ
  1. 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.


Каталог: study
study -> Задания школьного этапа Всероссийской олимпиады школьников по немецкому языку для 10-11 класса. Время на выполнение заданий-60 мин
study -> Мифология и обычаи древних скандинавов Со­дер­жа­ние
study -> To be oe- bēon – аномальный глагол, образованный супплетивно. Me- ben. Произошла монофтонгизация при переходе к среднеанглийскому периоду. Согласный отпадает в ранненовоанглийском wesan-wæs-wæron, wæ: r
study -> Лекции 18 ч; Практические занятия 36 ч семестр в -реферат, экзамен
study -> На железной дороге
study -> 47. Блок и революция


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница