Устройство автоматической регулировки усиления Советский патент 1983 года по МПК H03G3/20 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в разлйчньк радиотехнических установках, в частности в радиоприемных устройствах.

По ocнoвнo 4y авт. св. №924826 известно устройство автоматической регулировки усиления (АРУ), содержащее регулируемый усилитель, на вход которого подан входной сигнал, а между выходом и управляющим входом включены последовательно первый детектор и четырехполюсник с регу 1ируемьм коэффициентом передачи, а также втьрой детектор, вход которого подключен к выходу регулируемого усилителя, при этом постоянная времени второго детектора меньше постоянной времени первого детектора, а между выходом второго детектора и управляющим входом четырехполюсника с регулируемым коэффициентом передачи включен элемент сравнения, другой вход которого подключен к выходу первого детектора, элемент сравнения выполнен регулируемым, к входу регулируемого усилителя подключены последовательно соединенные третий детектор, фиксатор уровня, ограничитель амплитуды, фильтр нижних часто и дополнительный элемент оравнения, к Другому входу KOTopot-o пoдкJHoчeн источник опорного напряжения, а противофазнЕю выходы дополнительного элемента сравнения подкл с(чевы соответственно к и второму управляющим входам элемёйта сравнения, а элемент сравнения выполнен в виде операционного усилителя, в .цепь обратной связи Которого включена цепочка из параллельно включенных резистора и диода, меяэду йыходом операционного усилителя и общей шиной включен первый регулируемый элемент , управ л яюедий вход которого является riispBHM управлянощим входом элемента сравнения, между выходом операционного усилителя и соответствующей вшной источника питания включены последовательно второй регулируe fijIй элемент, управляющий вход которого является вторым управляшдам входом элемен та сравнения, и стабилитрон, при этом инвертирующий и неинвертирующий входы оиерационвого усилителя являются соответственно одним и другим входами элемента сравнения Cl 3.

Недостатком известного устройств АРУ является наличие искажений закона модуляции выходного сигнала в процессе нарастания амплитуды входного сигнала, т.е. в течение времени установления, что вызвано отсутствие автоматической регулировки времени.установления. Необходимость в регулировании времени установления возникает в связи с изменением структуры принимаемого сигнала. Действительно, при слишком Малом времени установления возможно срабатывание АРУ от кратковременно действующей помехи. Если же увеличить время установления с тем, чтобы АРУ не реагировало на помеху, возможно запаздывание срабатывания АРУ, что приводит к Потери части информации, содержащейся в законе модуляции входного сигнала.

Таким образом, при быстром изменении амплитуды входного сигнала необходимо обеспечить малое время установления, большее длительности помехи, а при медленном изменении амплитуды - большое время установления. Обеспечить же малое время установления при медленном Изменении амплитуды входного сигнала нецелесообразно, так как это приводит к уменьшению максимально возможного времени восстановления, как следствие, к искажению закона модуляции выходного сигнала устройства.

Цель Изобретения - уменьшение искажений закона модхуляции Выходного сигнала.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве АРУ, содержащем регулирующий усилитель, на вход которого подан входной сигнал, а между выходом и управляющим входом включены последовательно первый детектор и четырехполюсник с регулируемь1м коэффициентом передачи, а также второй детектор, вход которого подключен к выходу регулируемого усилителя, при этом постоянная времени второго детектора меньше поатоянной времени первого детектора, а меаду выходом второго детектора и управляющим входом четырехполюсника с регулируемым коэффициентом передачи включен элемент сравнения, другой вход которого подключен к выходу пе рвого детектора, элемент сравнения выполнен регулируемым к входу регулируемого усилител подключены последовательно соединенные третий детектор, фиксатор уровня, ограничитель амплитуды, фильтр нижних частот и дополнительный элемент сравнения, к другому входу которого подключен источник опорного напряжения, а противофазные выходы дополнительного элемента сравнения подключены соответственно к первому и второму управляющш входам элемента сравнения, а элемент сравнения выполнен в виде операционного усилителя, в цепь обратной связи которого включена цепочка из параллельно включенных резистора и диода, между выходом операционного усилителя и общей шиной включен первый регулируемый элемент, управляющий вход которого является перВ1ли управляющим входом элемента сравнения/ между выходом операционного усилителя и соответствуквдей шиной источника питания включены последовательно второй регулируемый элемент, управляющий вход которого является вторым управляющим входои элемента ср авнения, и стабилитрон, при этом инвертирующий и неинвертйруяяций входы операционного усилителя являются соответственно одним и дру гим входом элемента, сравнения, вькод фильтра нижних частот соединен с Дополнительньа 1 элементом сравнения через введенный пере1слючат0ль, между выходом третьего детектора и другим входом переключателя включены последовательно дифференциатор, селектор полярности, дополнительные фиксатор уровня, ограничитель ад литуды и фильтр низших частот, а управляивдий в.ход переключателя подклю ен к выход дополнительного ограничителя амплитуды. На чертеже приведена структурная электрическая схема предлагаемого устройства АРУ. Устройство hPy содержит регулируе мый усилитель 1, первый детектор 2 и второй детектор 3, детектор 2 является детектором АРУ, его постояН ная времени больше постоянной времен детектора 3, четырехполюсник 4 с регулируемым коэффициентом передачи, элемент сравнения 5, третий детектор б, фиксатор уровня 7, ограничитель a aIЛитyды 8 и фильтр 9 нижних частот дифферен1Д1атор 10, селектор полярное ти 11, дополнительный фиксатор уровня 12, дополнительный ограничитель а амшштуды 13, дополнительный фильтр 14 нижних Частот, переключатель 15, Дополнительный элемент сравнения 16 К другому входу дополнительного элемента сравнения 16 подключен источник опорного напряжения пoлoжитeJн ной полярности Б , при этом элемент сравнения 5 содержит операционный усилитель 17, масштабный резистор 18 резистор 19 обратной связи, шунтированный диодом 20, полевые транзисторы 21 и 22, стабилитрон 23 и резистор 24. Переключатель 15 содержит триггер Шмитта 25, электронные ключи 26 н,27. Вход триггера Шмитта 25 является управляющ1Ш входом переключателя 15, сигнальный вход электронного ключа 26 - одним сигнальным . входом, сигнальный вход электронного ключа 27 - другим сигнальным входом переключателя 15, а выходы ключей, соединенные вместе - выходом переключателя 15. Предлагаемое устройство АРУ работает следующим образом При отсутствии сигнала на выходе устройства напряжение На выходе первого 9 и второго 14 фильтров нижних частот и на выходе первого детектора 2 равно нулю, при этом коэффициент передачи четырехполюсHiiKa 4 с регулируемым коэффициентом передачи приобретает максимальное значение и коэффициент усиления регулируемого усилителя 1 имеет максимальное значение. С появлением сигнала на входе устройства начинается процесс установления коэффициента передачи регулируемого усилителя 1. Напряжение на выходе второго детектора 3, представляющее собой неискаженную огибающую выходного сигнала устройства, в течение времени установления превышает напряжение на выходе первого детектора 2 вследствие большей инерционности последнего. На выходе элемента сравнения 5 возникает напряжение отрицательной полярности, величина которого не остается максимальной, а зависит от скорости нарастания амплитуды входного сигнала. Напряжение на ВЕлходе третьего детектора 6 представляет собой неискаженную огибающую входного сигнала устройства. На выходе дифференциатора 10 образуются импульс положительной по лярности, соответствующий процессу нарастания амплитуды входного сигнала, и иьтульс отрицательной полярности, сбот- „ ветствующий процессу спада амплитущл- входного сигнала. Селектор полярности 11 выдает импульсы поЛожительной полярности, поступающие на дополнительный фиксатор уровня 12. На выходе последнего образуются импульсы, положительное напряжение которых соответствует напряжению ограничения +Е независимо от амплитуды входного сигнала в пределах динамического диапазона устройства. Далее сигналы поступают на дополнительный ограничитель амплитуды 13, на выходе которого образуются импульсы поло-г жительной полярности с фиксированной амплитудой. Если частота следования и длительность импульсов не изменяются, что соответствует стационарному входному сигналу устройства, то на вывыходе дополнительного фильтра 14 нижних частот возникает постоянное напряжение положительной полярности, величина которого прямо пропорциональна времени нарастания амплитуды входного сигнала устройства. Этопостоянное напряжение через переключатель 15 поступает на дополнительный элемент сравнения 16. Переключатель 15 пропускает напр жение с выхода дополнительно1о филь ра 14 нижних частот лишь на время поступления импульса с ВЕлхода допол нительного ограничителя 13 на управ ляющий вход переключателя 15, т.е. на время нарастания амплитуды выход ного сигнала устройства. В течение остального времени переключатель 15 пропускает напряжение с выхода филь ра нижних частот 9. . Такой алгоритм работы перекл1рчат ля 15 обеспечивается следующим образом. При отсутствии сигнала на управляющем входе переключателя 15 ключ 2€ является токопроводящим, ключ 27. закрыт. В этом случае на выход переключа теля 25 проходит напряжение с выход фильтра 9 нижних частот. Импульс с положительной полярности, поступающий на вход триггера Шмитта 25, перебрасывает последний в состояние, противоположное исходному, на время действия входного импульса. При это на время действия входного импульса на прямом выходе триггера иыитта 25, подключенном к управляющему вхо ключа 26, напряжение уменьшается до напряжения насыщения, а на инверсно выходе триггера Шмитта 25, подключенном к управляющему входу ключа 27, наоборот, напряжение возрастает почти до напряжения .источника питаНИН положительной полярности. Вслед ствие этого ключ 27, ранее закрытый становится проводящим, а ключ 26 закрывается на время действия входного импульса. В этот интер вал в ремени на выход переключателя 15 проходит напряжение с выхода дополнительного фильт)ра 14 нижних частот, В отсутствие .входного сигнала на инверсном выходе дополнительного элемента рравненяя 16 напряжение отсутствует, на прямом выходе возникает максимальное напряжение отрицательной полярности. При этом коэффициент передачи элемента сравнения 5 имеет максимальное значение. Постоянное напряжение положитель ной полярности, поступающее на дополнительный элемент сравнения 16, вызывает появление напряжения отрицательной полярности на инверсном выходе и уменьшение абсолютной величины отрицательного напряжения на прямом.выходе, вследствие чего уменьшается коэффициент передачи . элемента сравнения 5, т.е. уменьшается абсолютная величина напряжения, поступающего на управляющий вход четырёхполюсника 4 с регулируе мым коэффициентом передачи. При этом коэффициент передачи четырехполюсника 4 также уменьшается, т.е. уменьшается коэффициент передачи цепи обратной связи устройства, что вызывает, как известно, увеличение длительности переходного процесса устройства АРУ. Таким образом, увеличение времени нарастания амплитуды входного сигнала устройства автоматически . вызывает увеличение времени установления, соответственно при уменьшении времени нарастания амплитуды входного сигнала происходит уменьшение времени установления, т.е. повышение быстродействия устройства. С уменьшением амплитуды сигнала на входе устройства начинается процесс восстановления коэффициента передачи регулируемого усилителя 1, На выходе дифференциатора 10 возникает импульс отрицательной полярности, который не проходит к дополнительному фильтру 14 нижних частот. Таким образом, в процессе восстановления автоматическое регулирование времени установления не происхо- . дит. Выходное напряжение второго детектора 3 становится меньше выходного напряжения первого детектора 2. На выходе элемента сравнения возникает напряжение, близкое к нулевому значению, при котором коэффициент передачи четырехполюсника 4 с регулируемьл коэффициентом передачи уменьшается, чтоВызывает увеличение врегмени восстановления. . На выходе фИксатора уровня 7 в процессе изменения амплитуды вход- ; ного сигнала возникает напряжение фиксированной амплитуды. Далее с помощью ограничителя амплитуды 8 формируются имп-ульсы положительной полярности. На выходе фильтра 9 нижних частот возникает постоянное напряжение положительной полярности, величина которого прямо пропорциональна среднему значению входного сигнала устройства. Это напряжение через переключатель 15 поступает на дополнительный элемент сравнения 16, На инверсном выходе элемента сравнения 16 образуется напряжение отрицательной полярности, а на прямом выходе напряжение возрастает, т.е. :уменьшается абсолютная величина напряжения отрицательной полярности. При этом на выходе элемента сравнения 5 возникает напряжение, определяемое средним значением входйого сигнала устройства. С уменьшением среднего значения входного сигнала устройства напряжение на выходе элемента сравнения 5 возрас- тает по абсолютной величине, оставаясь отрицательным по знаку. При этом коэффициент, передачи четырехполюсника 4 с регулируемым коэффициентом передачи вновь возрастает, что приводит к умеяьшеиию времени восстановления.

Прсжесс установления и восстановления осуществляются путем изменения коэффициента передачи цепи обратной .связи АРУ/ т.е. без изменения постоянной времени детектора АРУ. Процессы разделены во времеии и не Влияют друг на друга.

Таким образом в предлагаемом устрЬйстве :АРУ о€ уществляется автоматическое регулирование времени установления в зависимости от времени иара9та()Ий амплитуды вводного сцгмаяа При не нарушается авт)Ь| «атическая peryrotpoBKa времени восстайовлеиия, ранее полученная

в известном устройстве АР. Искажения закона модуляции выходного сигнала устройства уменьшаются так как оба вида регулировок ос)пмаствлшот путем изменения коэффициента передачи цепи обратной без изменения постоянной времени детектора АРУ.

Экспериментальные исследования показывают, что времеии восста0новления, изменяющемся от 50 мс до 12 с, время установления можно регулировать от 0,1 до 10 мс. При этом коэффициент нелинейных искажений огибающей выходного сигнала

s устройства значительно 5 еньшает- . ся.

УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОЙ РЕГУЛИРОВКИ УСИЛЕНИЯ по авт. св. № 924826, отличающееся тем, ччго, с целью уменьшения искажений закона модуляции выходного сигнала, выход фильтра нижних частот соединен с дополнительньм элементсж сравнения через введенный переключатель, медду выходом третьего детектора и другим входом переключателя включены последовательно дифференциатор, селектор полярносдги, дополнительные фиксатор уровня, ограничитель амплитуды и фильтр нижних частот, а управляющий вход переключателя подключен к выходу дополнительного ограничителя ампли- . туды. (Л С сл 4 00 | 00