Основные параметры системы АРУ.

Предисловие.

Содержание учебного пособия соответствует программе курса “Устройства приема и обработки сигналов”, предусмотренного государственным образовательным стандартом. Структура пособия состоит из теоретической части, в которой даются основные методы построения узлов устройств приема и обработки аналоговых и цифровых сигналов, и практической части, соответствующей лабораторному практикуму.

В процессе изучения происходит знакомство с общими принципами работы основных узлов устройств приема и обработки сигналов, физическими процессами, протекающими в этих узлах устройств, особенностями системотехнических и схемотехнических решений, тенденциями развития теории и техники. При изложении материала учебного пособия широко используются сведения, изучаемые в других разделах курса «Устройства приема и обработки сигналов». Материал этих разделов имеется в учебной литературе, список которой приведен в данном пособии.

Экспериментальные исследования обеспечивают поддержку основных разделов курса. В лабораторном практикуме предусмотрено выполнение исследований различных радиотехнических узлов, входящих в состав радиоприемных комплексов локационных и навигационных систем, устройств оптимальной обработки цифровых сигналов, телекоммуникационных и телевизионных устройств, систем автоматического управления, устройств синхронизации и поиска сигналов.

Автоматизированные лабораторные установки позволяют проводить лабораторные работы как в автономном режиме, с использованием встроенных измерительных приборов и источников питания, так и в режиме управления от ЭВМ, в том числе и с управлением по компьютерной сети в режиме удаленного доступа. Выполнение лабораторной работы заканчивается составлением отчета с выводами по проведенным экспериментальным исследованиям. В ряде случаев предусматривается выполнение расчетного домашнего задания с предоставлением результатов расчета и ответов на контрольные вопросы, перечень которых приведен в конце каждого раздела учебного пособия. Лабораторный практикум является одним из основных в подготовке бакалавров, магистров и дипломированных специалистов широкого профиля.

При подготовке учебного пособия учтен опыт работы коллектива кафедр “Радиотехника и телекоммуникации” и “Радиоэлектронные средства защиты информации” радиофизического факультета Санкт-Петербургского государственного университета, а также преподавателей и специалистов Красноярского государственного технического университета.

Автоматическая регулировка усиления.

Общие сведения.

Системой автоматической регулировки усиления (АРУ) называется система автоматического регулирования, обеспечивающая устранение перегрузок в каскадах устройств приема и обработки сигналов и поддерживающая заданное постоянное значение выходного напряжения в условиях изменения уровня входного принимаемого сигнала. Уровень сигнала на входе усилительно-преобразовательного тракта устройств приема и обработки сигналов (УПОС) обычно изменяется в широких пределах. Желательно, чтобы напряжение на выходе этого тракта изменялось незначительно и обеспечивало оптимальный режим работы демодулятора или обнаружителя сигналов. Эта задача может быть решена при использовании системы автоматической регулировки усиления, следящей за изменением амплитуды сигнала на входе.

По характеру выполняемых задач системы автоматической регулировки усиления (АРУ) делятся на три группы:

· инерционные, следящие за изменением среднего уровня входного сигнала, применяемые обычно в радиовещательных приемниках;

· безынерционные, следящие за изменением мгновенного значения амплитуды входного сигнала (МАРУ), применяемые, например, в радиолокационных устройствах;

· программные, с заранее заданным временным законом регулировки (ВАРУ), используемые при приеме сигналов с известным, периодически повторяющимся распределением во времени.

Системы АРУ могут быть построены по принципу прямого, обратного и комбинированного регулирования.

В системах прямого регулирования цепь АРУ включается параллельно тракту усилителя промежуточной частоты (УПЧ). В ней вырабатывается напряжение, пропорциональное среднему уровню входного сигнала, используемое для регулировки коэффициента усиления УПЧ. При больших изменениях уровня входного сигнала из-за нелинейности электронных компонентов тракта АРУ возникают погрешности регулирования.

Погрешности, связанные с нелинейностями в цепи АРУ, существенно меньше в схеме АРУ обратного регулирования. В ней управляющее напряжение формируется на выходе УПЧ и по петле обратной связи изменяет усиление каскадов УПЧ.

В ряде случаев для обеспечения устойчивой работы системы с обратной связью применяют АРУ с комбинированным управлением, в которой тракт УПЧ разделен на два блока: с петлей обратного регулирования усиления и с петлей прямого регулирования.

Наибольшее применение на практике нашли системы АРУ с обратным регулированием (рис. 6.1).

Лабораторная работа.

Система АРУ, находясь под воздействием выходного напряжения (система АРУ с обратным регулированием) изменяет коэффициент усиления с некоторым запаздыванием, обусловленным наличием инерционных звеньев. Это приводит к искажениям огибающей входного АМ сигнала, вызываемым системой АРУ. Однако результирующие искажения сигнала при наличии системы АРУ оказываются значительно меньшими, чем при ее отсутствии, так как в последнем случае амплитудная модуляция сигнала может быть значительно искажена за счет перегрузки приемно-усилительного тракта УПОС.

Целью лабораторной работы является экспериментальное исследование процесса автоматической регулировки усиления в УПЧ, а именно:

· определение амплитудных характеристик различных систем АРУ с обратным регулированием (простой АРУ и АРУ с задержкой и усилением);

· определение регулировочных характеристик при различных коэффициентах усиления в петле обратной связи;

· определение коэффициентов регулирования при различных коэффициентах усиления в петле обратной связи;

· определение переходных характеристик системы АРУ в динамическом режиме.

Лабораторная установка предназначена для экспериментальных исследований процесса автоматической регулировки усиления в УПЧ при использовании АРУ с обратным регулированием. На установке измеряются:

· амплитудные характеристики различных систем АРУ: простой АРУ и АРУ с задержкой и усилением,

· регулировочные характеристики для различных коэффициентов усиления в петле обратной связи,

· формы регулирующего напряжения при наличии скачка амплитуды входного сигнала для различных порядков фильтра низкой частоты в петле обратной связи.

Установка может использоваться в автономном режиме и режиме программного управления от ЭВМ.

Вид лицевой панели лабораторной установки приведен на рис. 6.6. На левом верхнем поле изображена структурная схема установки. На нижнем поле расположена панель ручного управления с переключателями режимов работы. На правом поле измерения и индикации расположен цифробуквенный дисплей с отображением пунктов работы и результатов измерений исследуемых параметров системы АРУ.

Панель ручного управления.

Панель ручного управления состоит из трех полей.

Поле «G» – генератора прямоугольных импульсов.

Поле «ГВЧ» – генератора высокочастотного сигнала.

«УРОВЕНЬ» – кнопка переключения уровня сигнала.

«АМПЛИТУДА» – потенциометр регулировки амплитуды сигнала.

Поле «АРУ»:

«вкл» – кнопка подключения напряжения u_р к входу управления УПЧ;

«ПОРОГ» – кнопка переключения напряжения порога АРУ;

«ФНЧ» – кнопка переключения фильтров низкой частоты;

«УСИЛЕНИЕ» – кнопка переключения усилителей К1, К2, К3.

Содержание отчета.

Отчет о лабораторной работе должен содержать:

· Наименование и цель работы.

· Структурную схему и краткое описание принципов работы исследуемой системы АРУ.

· Таблицы с результатами измерений амплитудных характеристик АРУ и графики U_вых= f (U_c):

ü при отключенной петле обратной связи (П.1);

ü для простой АРУ при различных коэффициентах усиления (k_u)_АРУ (П.2);

ü для АРУ с задержкой при различных коэффициентах усиления (k_u)_АРУ и различных значениях порога (П.4).

· Результаты расчетов коэффициентов регулирования g для простой АРУ при различных коэффициентах усиления (k_u)_АРУ.

· Осциллограммы переходных процессов в петле обратной связи при различных порядках ФНЧ и коэффициентах усиления (k_u)_АРУ.

· Анализ полученных результатов:

ü Объяснить различие в поведении амплитудных характеристик простой АРУ и АРУ с задержкой.

ü Объяснить зависимость амплитудных характеристик от коэффициента усиления в петле обратной связи. Сравнить максимальные и минимальные значения U_вых для различных (k_u)_АРУ.

ü Объяснить характер переходных процессов в петле обратной связи системы АРУ.

9 Контрольные вопросы.

· Какие функции выполняют системы АРУ и по каким признакам они классифицируются?

· Какие основные параметры систем АРУ?

· Каковы принципы работы и схемы систем АРУ?

· Каковы способы изменения коэффициента передачи управляемых каскадов и в чем их достоинства и недостатки?

· Как определяется время установления переходных процессов в системе АРУ?

· Из каких соображений выбирается постоянная времени фильтра в цепи регулирования?

· Какие искажения сигналов обусловлены работой системы АРУ и что следует предпринять для их уменьшения?

· Что происходит при совместном действии сигнала и шума на систему АРУ?

· Какова методика измерения амплитудной характеристики усилителя с системой АРУ?

· Какова методика исследования переходных процессов в системы АРУ?

· Какие требования предъявляются к регулируемому элементу в системах АРУ?

Список литературы.

Основная

1. Буга Н.Н., Фалько А.И., Чистяков Н.И. Радиоприемные устройства: Учебник для вузов / Под ред. Н.И. Чистякова. - М.: Радио и связь, 1986. – 320 с.

2. Радиоприемные устройства: Учебник для вузов/Н.И.Фомин, Н.Н.Буга, О.В.Головин и др.; Под. ред. Н.Н.Фомина.- М.: Радио и связь, 1996.-512 с.

Дополнительная

1. Радиоприемные устройства: Учебное пособие для вузов. / Под общ. ред. Б.М. Богдановича. –М: Высшая школа., 1991. – 428 с.

2. Палшков В.В. Радиоприемные устройства. – М.: Радио и связь, 1984.-392 с.

3. Радиоприемные устройства: Учебное пособие для радиотехнических спец. вузов/Ю.Т.Давыдов, Ю.С.Данич, А.П.Жуковский и др.; Под ред.А.П.Жуковского.-М.: Высш.шк., 1989.-342с.

4. Радиоприемные устройства /А.Г.Зюко, Ю.Ф.Коробов, В.И.Левитан и др.; Под ред. А.Г.Зюко. – М.: Связь, 1975. – 399 с.

Предисловие.

Автоматическая регулировка усиления.

Общие сведения.

По характеру выполняемых задач системы автоматической регулировки усиления (АРУ) делятся на три группы:

Системы АРУ могут быть построены по принципу прямого, обратного и комбинированного регулирования.

Наибольшее применение на практике нашли системы АРУ с обратным регулированием (рис. 6.1).

Основные параметры системы АРУ.

Основными характеристиками системы АРУ, являются:

Коэффициент регулирования - g, равный отношению динамического диапазона a изменений уровня входного сигнала к допустимому динамическому диапазону b изменений уровня выходного сигнала

g=a/b, (1)

где a = (U_c)_max/(U_c)_min , b = (U_вых)_max/(U_вых)_min , (U_c)_max и (U_c)_min - значение максимальной и минимальной амплитуды входного сигнала, (U_вых)_max и (U_вых)_min - значение максимальной и минимальной амплитуды выходного сигнала.

Значение g часто задается в децибелах:

g = 20lg[(U_c)_max/(U_c)_min] - 20lg[(U_вых)_max /(U_вых)_min] (дБ). (2)

Время установления - t_у, интервал времени от момента включения входного сигнала при U_c=(U_c)_max до момента времени, когда амплитуда выходного напряжения достигает величины U_вых=0, 9(U_вых)_max.

Регулировочная характеристика - зависимость коэффициента усиления УПЧ по напряжению от величины регулирующего напряжения U_p или тока I_p.

Амплитудная характеристика - зависимость уровня выходного напряжения УПЧ от уровня входного сигнала U_c.

12 3 Следующая ⇒