Как влияет постоянная времени на работу ару

Создавать сообщения могут только зарегистрированные участники форума.

О некоторых экспериментальных характеристиках системы цифровой автоматической регулировки усиления Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Текст научной работы на тему «О некоторых экспериментальных характеристиках системы цифровой автоматической регулировки усиления»

Эффективность исправляющей способности алгоритмов непосредственно связана с количеством учитываемых параметров превышений и сложностью технической реализации [3].

Применение нелинейной обработки в условиях значительной априорной неопределенности информации о длительности элемента сигнала может обеспечить существенное сокращение общего количества выбросов и, как следствие, снижение требований к точности работы устройств разделения сигналов по признаку , .

1. Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. М.: Сов. радио, 1970. 728с.

2. Ах. 1067613, МКИ Н 04 27/00. Способ некогерентного приема двоичных сигналов / Плаксиенко В.С. (СССР). Б.И., 1984. № 2.

ВИНИТИ, №3731-В99 от 15.12.1999. 408с.

4. Плаксиенко В.С., Плаксиенко Н.Е. Исследование двумерных распределений, взаимных превышений случайных процессов. Известия ТРТУ, Таганрог 2000. №1. С.29-33.

О НЕКОТОРЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИКАХ СИСТЕМЫ ЦИФРОВОЙ АВТОМАТИЧЕСКОЙ РЕГУЛИРОВКИ

лировки усиления (АРУ) является наличие гальванической обратной связи между

дит к низкому динамическому диапазону Бвх регулируемых каскадов по входному сигналу и зависимости уровня выходного сигнала от уровня входного.

Системы цифровых АРУ (^РУ) позволяют устранять гальваническую связь выходного каскада со входными, обеспечивают более высокий уровень регулировок по динамическому диапазону входных сигналов, устраняют зависимость уровня выходного сигнала от уровня входного, позволяют контролировать коэффициент усиления в каждый дискретный момент времени и осуществлять изменение постоянной времени и уровня задержки в системах ПАРУ с задержкой [I].

Система ЦАРУ, структурная схема которой предложена в работе [2], была экспериментально исследована на изготовленном макете. Полученные регулировочные характеристики системы ЦАРУ сравнивались с характеристиками аналого-, -точной частоты (УПЧ). УПЧ с централ ьной частотой / = 465 кГ ц имел без подключения АРУ или ЦАРУ коэффициент усиления К = 1000.

В результате проведенного эксперимента установлено, что:

♦ обеспечивается нормальная работа УПЧ при Двх = 54 дБ;

♦ изменение среднего уровня сигнала на выходе при использовании сис-

при указанном Двх;

♦ работоспособность и характеристики системы ПАРУ не изменялись при изменении ее постоянной времени от 0,7 мкс до 30 мкс. Постоянная времени аналоговой АРУ была выбрана равной 35 мкс;

♦ в системе ЦАРУ до частот 18 Гц отсутствует влияние на средний уровень выходного сигнала величины коэффициента амплитудной модуляции, достигающего значения т = 80%. Отметим, что для реальных сигналов с амплитудной модуляцией, поступающих с выхода УПЧ РПрУ, величина т < 30%.

более высокую эффективность систем ЦАРУ по сравнению с аналоговыми. Эксперимент был проведен совместно с Е.В. Литвиненко.

1. Радиоприемные устройства / Банков В.H., Барулин Л Т., Жодзишский М.И. и др.; Под ред. Л.Г. Барулина. М.: Радио и связь, 1984. 272с.

2. Литюк В.К, Коваленко В.М., Литюк ТА. Автоматическая регулировка коэффициента

// -ки сигналов в радиотехнических системах. Таганрог, ТРТИ. Вып. 5. 1981.С.70-74.

ОСОБЕННОСТИ ФАЗОВОЙ КОМПЕНСАЦИИ ПРОВОДИМОСТИ РЕГЕНЕРАЦИИ В ЭКСТРЕМУМАХ ВЕЩЕСТВЕННОЙ ПРОВОДИМОСТИ

При анализе выходной проводимости Y-негатрона, выполненного на невзаимном активном элементе с цепью внешней обратной связи [1], установлена специфическая особенность фазовой компенсации проводимости регенерации негатрона в экстремумах его вещественной проводимости.

Данную особенность можно рассматривать как установленное свойство, проявляемое регулярным параллельным соединением двух, необязательно активных четырехполюсников, один из которых должен быть взаимным, а другой — нет, и представить импликацией вида

((|У12| = Y21I) Л (arg (У„) = arg (У12+У21))) => , где Yn — выходная комплексная проводимость результирующего четырехполюсника;

Ky = — (У 12 +У*21)/(У11 +У*11); Ymn = Y(1)mn + У^шп, Ш, П = 1,2.

Предполагается следующий вариант прочтения данной импликации. Если при регулярном параллельном соединении двух инерционных четырехполюсников, , (1) — , (2) — , прямой и обратной передаточной проводимостей образуемого при этом результирующего четырехполюсника равны, а аргумент их комплексной суммы равен аргументу собственной входной проводимости результирующего четырехполюсника, то его реактивная проводимость регенерации в режиме холостого хода на входе , , его вещественная собственная входная проводимость положительна, а если она

Системы автоматического регулирования усиления в УПиОС (АРУ)

Определение: Совокупность функциональных узлов, обеспечивающих устранение перегрузки в каскадах УПиОС и поддерживающих заданное постоянство выходного напряжения в условиях изменения интенсивности принимаемого сигнала – называется системой АРУ.

Причины изменения уровня входного сигнала:

– за счет изменения расстояния до объекта локации;

– за счет изменения расстояния между перед и приемн.;

– за счет «замирания» сигнала.

Причем, скорость изменения уровня сигнала такова, что в ручную не возможно обеспечить слежение за ним.

Назначение: АРУ изменяет Кр в тракте без нарушения параметров модуляции (АМ).

Классификация:

1. По принципу действия – без ОС, с ОС, комбинированные, с программным управлением или временные ВАРУ.

Схема АРУ без ОС (прямые АРУ) представлена на рис.12.1.

Недостатки: такая АРУ не отслеживает изменения Кр каскада, вызванные изменением температуры, старением и т.д. Не обеспечивает изменения работы при росте динамики входного сигнала. Требуется большое усиление для формирования регулирующего напряжения в цепи регулирования.

Достоинство: возможность получит идеальную амплитудную характеристику вида рис.12.2, что в принципе не возможно в АРУ с ОС.

Схема АРУ с ОС (обратные АРУ) представлена на рис.12.3.

Достоинства: все изменения Кр автоматически учитываются за счет ОС, не надо большого усиления – получили широкое распространение.

Недостаток: не возможно получить постоянное вых. Напр., не может обеспечить одновременно большую глубину регулирования и быстродействие.

Схема комбинированной АРУ представлена на рис.12.4. Применяется в условиях большого динамического диапазона входного сигнала, а также когда требуется большее постоянство выходного напряжения.

Схема ВАРУ показана на рис.12.5. Здесь регулировка напряжения происходит по определенному закону.

2. По принципу формирования регулировки: аналоговые (непрерывные) и цифровые (дискретные).

Разделяются на – с аналоговым электронным управлением аттенюатора (ЭУА) и дискретным сигналом управления; с дискретным ЭУА и дискретным сигналом управления; с комбинированием принципов аналогового и дискретного регулирования в составе одного устройства.

Достоинства цифровых АРУ: большая точность регулирования; большая надежность; большая стабильность работы.

3. По способу изменения Кр: – путем изменения режима ЭП по постоянному току (простота реализации, но меняются параметры АЧХ и ФЧХ); – путем изменения глубины ОС (меньше уровень искажений, но не в полной мере используются усилит. Возможности ЭП); – путем изменения сопротивления, шунтирующего нагрузку; – путем изменения затухания ЭУА; – путем изменения напряжения гетеродина (редко используется).

4. По наличию задержки: – простые АРУ без задержки; системы с задержкой.

График, поясняющий работу этих типов АРУ на рис.12.6.

Для реализации «задержки» требуется специальная цепь.

5. По наличию усилителя непосредственно в тракте АРУ: усиленные и неусиленные.

6. По степени быстродействия: инерционные и быстродействующие.

Параметры АРУ:

1. Регулировочная характеристика К(Up). В простом случае она линейна, как на рис.12.7.

Реально рег. Характеристика нелинейна, например, для регулируемого диф. Каскада – пунктир на рис.12.7.

2. Динамический диапазон АРУ (1) – пределы изменения входного сигнала, при которых АРУ обеспечивает заданное постоянство выходного напряжения.

3. (2) – изменение выходного напряжения, при заданном динамическом диапазоне АРУ.

4. Время установления переходного процесса в системе АРУ tу при скачкообразном изменении амплитуды входного сигнала.

5. Уровень нелинейных, частотных и фазовых искажений.

6. Изменение глубины модуляции на выходе АРУ.

7. Изменение фазового сдвига на выходе.

12.2 Принципы работы и схемы АРУ

12.2.1 Простые прямая и обратная АРУ

Схема обратной АРУ приведена на рис.12.8.

АФ выделяет уровень несущего сигнала и не должен реагировать на амплитудную модуляцию от низкой частоты. Граничная частота ФНЧ должна быть меньше мин. модулирующей частоты. ФНЧ исключает опасность самовозбуждения.

Схема подачи управляющего напряжения на регулируемый каскад на транзисторе приведена на рис.12.9.

Реализация цепи задержки может быть на основе диода как на рис.12.10.

12.2.2 АРУ на диф. Каскаде.

Более высокие характеристики дает АРУ на диф. Каскаде. Здесь по сигналу реализована каскодная схема.

Это схема с «отсасывающим» транзистором, т.к. суммарный ток Т1 и Т2 всегда постоянен – при росте одного уменьшается другой. Режим Т3 не меняется в процессе регулировки. Можно реализовать большую глубину регулирования по формуле (1).

12.2.3 Цифровые АРУ

Цифровое АРУ на основе изменения сопротивления может быть построено по схеме на рис.12.12.

Здесь ЦУС – цифровое управление сопротивлением (цифровой аттенюатор).

Шаг регулировки определяется младшим разрядом.

Для рассмотренных схем возможна реализация следующей глубины регулировки:

– транзисторный усилитель – 10–25дБ;

– усилитель с изменением глубины ОС – 25–30дБ;

– усилитель на диф. каскаде – 30–35дБ;

– цифровая АРУ (при 8 разрядах) – 63дБ.

12.3 Описание работы АРУ в статическом и динамическом режимах. Определение времени установления переходных процессов и выбор постоянной времени фильтра

Работа в статическом режиме описывается коэффицентами (1и2) со стр. 1. Если G–требуемый коэфф. регулирования, то (1). Регулировочная характеристика апроксимируется прямой (рис.12.13) и описывается (2) и (3) – крутизна.

Коэффициент передачи системы АРУ в общем виде (4). Физически – это тангенс угла характеристики на рис.12.14.

Амплитудная характеристика замкнутой АРУ будет (8), где (9) – эквивалентный коэффициент системы АРУ.

График амплитудной характеристики АРУ с задержкой показан на рис.12.15.

На нем два участка: при (10), т.к. (11), а при (12).

Для оценки динамических свойств системы АРУ в качестве возмущающего воздействия рассмотрим скачок напряжения, больший Ез, а в качестве фильтра применена простая RC цепочка.

Тогда выходное напряжение будет (13), где (14)–эквивалентная постоянная времени АРУ.

Вывод: процесс установления носит экспоненциальный характер и Тару зависит от величины скачка входного напряжения.

Графи зависимости изменения выходного напряжения при скачке на входе от времени показан на рис.12.16.

За время установления tу принимается время, в течение которого напряжение на выходе становится равным 1.1 от установившегося значения. Тогда значение (15). Для определения времени установления приравняем к 0,1 и получим (16) или (17), где (18). (19) – порог срабатывания АРУ по входу.

Для расчета используют упрощенную формулу (20).

Полученные соотношения позволяют рассчитать постоянную времени фильтра. Для приемников с АМ Тф выбирают из условия (21). Где (22).

Эти условия связаны с тем, что система АРУ вносит дополнительные искажения за счет неполного подавления пульсаций регулирующего напряжения. Поэтому индекс модуляции на входе и выходе различен – на выходе меньше, чем больше МЮ. Зависимость отношения от параметров фильтра на рис.12.17. Потому что отношение (23)

Эквивалентный коэфф. передачи (24), а (25). Вывод – нужно по возможности увеличивать Тф.

12.4 Влияние флуктуационных помех на искажения АМ сигнала на усилителе с АРУ

При воздействии полезного АМ сигнала и стационарной помехи с нулевым мат. Ожиданием и дисперсией σ_ш 2 на приемник на выходе Д АРУ среднее значение будет отличаться от того значения, которое было в отсутствие помехи (1).

Такое изменение среднего значения амплитуды вызовет изменение эквивалентного коэфф. пердачи по контуру , а следовательно динамической характеристики слежения. Из анализа можно показать, что система АРУ осуществляет перенос НЧ составляющих спектра помехи на частоту огибающей полезного сигнала.

Интенсивность НЧ составляющих обратно пропорциональна Тфэ (2), поэтому желательно увеличивать Тф вплоть до ограничения, накладываемого требованием к длительности переходного процесса. Иногда применяют фильтры с переключением.

12.5 Особенности систем АРУ УПиОС импульсных сигналов

Динамический режим работы ару

Динамическим режимом работы АРУ называют поведение системы АРУ в условиях изменения уровня сигналов на входе. Анализ этого режима позволяет выявить особенности переходных процессов замкнутой системы АРУ, искажения огибающей радиосигнала, устойчивость работы.

Выясним особенности динамического режима АРУ на примере схемы с управлением по базе (см. рис. 2). Рассмотрим упрощенную схему регулировки с однозвенным фильтром АРУ (рис. 9).

Полагаем, что регулируемый усилитель и детектор АРУ безынерционны по отношению к огибающей радиосигнала, а регулировочная характеристика усилителя линейно зависит от . Найдем связь между и . Постоянная времени фильтра АРУ

Для ламповых схем АРУ и . Для транзисторных схем АРУ входная проводимость в общем в общем случае зависит от и изменяется при регулировке в значительных пределах, так что постоянная времени оказывается переменной величиной. Однако при наличии стабилизирующего резистора входное сопротивление в значительной степени определяется величиной и мало меняется при регулировке. Учитывая это, рассмотрим случай .

На основании схемы (рис. 9) имеем:

Регулировочную характеристику представим линейной зависимостью:

Эквивалентная крутизна генератора тока , управляемого напряжением на выходе фильтра , учитывает влияние :

Подставив в (20) соотношения (21)-(24), а также соотношение (12) для коэффициента N, получим:

Уравнение (25) является дифференциальным уравнением первого порядка с переменным коэффициентом, закон изменения которого определяется входным напряжением. Следовательно, решение уравнения (25) зависит от вида .

2.4.1. Скачок входного напряжения

В этом случае формула (25) представляет собой дифференциальное уравнение с постоянным коэффициентом. Перепишем его в виде:

и сравним с уравнением заряда обычной RC-цепочки под действием постоянного напряжения E:

Из сравнения (26) и (27) следует, что эквивалентная постоянная времени замкнутой системы АРУ

Регулирующий ток устанавливается в соответствии с выражением

Подставив значение из (29) в (23), найдем закон установления коэффициента усиления системы:

Установившееся значение напряжения на детекторе

При отсутствии АРУ было бы равно .

Таким образом, коэффициент характеризует эффективность регулировки и измеряется обычно десятками и сотнями.

Проведенный анализ позволяет сделать основные выводы:

1. Постоянная времени замкнутой системы АРУ определяется не только параметрами системы , но и зависит от уровня входного сигнала, уменьшаясь с увеличением последнего.

2. При глубокой обратной связи время установления переходных процессов в системе АРУ значительно меньше времени установления их в фильтре АРУ.

Последний вывод можно пояснить графически (рис. 10).

Если бы скачок напряжения на входе фильтра АРУ имел постоянную величину , то при замкнутой системе АРУ регулирующий ток устанавливался бы по кривой 1. На самом деле система АРУ замкнута, так что напряжение на входе фильтра не постоянно, а меняется по кривой 2 от наибольшего значения до наименьшего . При этом в начале процесса регулировки коэффициент усиления системы еще не изменен регулировкой (конденсатор заряжается постепенно) и кривая 3 установления тока идет по кривой 1, затем постепенно отклоняется от нее (начинает действовать АРУ) и приближается к установившемуся значению . Сравнивая кривую 3 с кривой 4, показывающей установление при скачке напряжения на входе фильтра, равном (при этом установившиеся значения токов оказываются равными), приходим ко второму выводу.

Как влияет постоянная времени на работу ару