Устройство автоматической регулировки усиления Советский патент 1987 года по МПК H03G3/20 

1

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для регулировки усиления в трактах промежуточной частоты приемников подвижных радиорелейных станций.

Цель изобретения - повышение надежности за счет вьфавнивания расхода эксплуатационного ресурса усилительных каскадов многокаскадного усилителя .

На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства автоматической регулировки усиления

Устройство автоматической регулировки усиления содержит многокаскадный усилитель 1, амплитудный детекто 2, элемент 3 сравнения с постоянными пороговьп и уровнями, реверсивный ; счетчик 4, первый генерат ор 5 импульсов, элемент 6 сравнения кодов, коммутаторы 7, элемент 8 развязки, первый элемент И 9, элемент ИЛИ 10, второй генератор 11 импульсов, второй элемент И 12, элемент НЕ 13, четвертый элемент И 14, блок 15 определения количества включенных усилительных каскадов, счетчик 16, третий элемент И 17.

Кроме того, на чертеже показаны ключи 18, первый и второй сумматоры 19 и 20 блока определения количества включенных усилительных каскадов, усилительные каскады 21, выход 22 - выход элемента 6 сравнения кодов Сигнал на первом входе больше сигнала на втором входе, выход 23 - выход элемента 6 сравнения кодов Сигнал на первом входе меньше сиг- . нала на втором входе, выход 24 - выход элемента 6 сравнения кодов Сигналы на первом и втором входах равны.

Устройство работает следующим образом.

Положим для определенности, что число усилительных каскадов 21 равно четырем. Тогда число коммутаторов 7 равно трем.

Число разрядов счетчика 16 выбирается равньм числу коммутаторов 7. Для рассматриваемого случая счетчик 16 может находиться в одном из 2 состояний: 000, OO f, 010, 011, 100, 101, 110, 111. Первому состоянию соответствует отключение всех усилительных каскадов 21, кроме последнего, второму, тре1

82310-2

тьему и пятому состоянию - дополни- тельное включение одного из усилительных каскадов 21, четвертому, шестому и седьмому состоянию - допол5 нительное включение двух усилительных каскадов 21, восьмому состоянию - включение всех усилительных каскадов 21 многокаскадного усилителя 1 .

to Каждый из режимов дополнительного включения одного или двух усилительных каскадов 21 может осуществляться различным набором усилительных каскадов 21. Например, если для рассматриваемого примера реализации устройства обозначить усилительные каскады 21, 21, 21 и 21 в соответствии с порядком их включения, то режим включения двух усилитель20 ных каскадов 21 достигается одной из комбинаций включения каскадов

15

.,

21,-21,

21,-21

Число состояний реверсивного счетчика 4 должно соответствовать числу различных режимов. Для рассматриваемого случая из четьфех режимов соответственно имеем: 00, 01, 10, 11, где 00 - отключение всех усилительных каскадов 21 кроме последнего, 01 - дополнительное включение одного усилительного каскада 21, 10 - дополнительное включение двух усилительных каскадов 21, 11 - включение всех усилительных каскадов 21. Состояние реверсивного счетчика 4 в каждом режиме совпадает с числом дополнительно включенных усилительных каскадов 21 в двоичном коде. Для устранения кольцевого эффекта реверсивньй счетчик 4-должен иметь блокировку. I

Устойчивость схемы регулирования обеспечивается выбором периода следования импульсов первого и второго тактовых генераторов 5 и 11 постоянной времени АРУ последнего усилительного каскада 21.

Постоянная времени АРУ последнего усилительного каскада 21 должна быть меньше периода следования импульсов второго генератора 11, а период следования импульсов первого генератора 5 выбирается таким, чтобы между двумя соседними импульсами счетчик 16 вырабатьгеал полный цикл под воздействием импульсов от второго ге3 .1

нератора 11 . Блок 15 может- быть образован первым и вторым сумматорами 19 и 20.

Первьй и второй выходы разрядов счетчика 16 подключены к выходам пер вого сумматора 19, выходы которого подключены к входам второго сумматора 20, на один из входов которого подключен выход третьего разряда счетчика 16. В результате суммирова- ВИЯ на выходе второго сумматора 20 получается число дополнительно включенных усилительных каскадов 21 в двоичном коде (00, 01, 10, 11).

Это исло поступает на первый вход элемента 6, на второй вход ко- торой поступает число, соответствующее заданному числу включенных усилительных каскадов 21, с выхода ревер- сивного счетчика 4 (00, 01, 10 11). В случае их равенства на выходе элемента 6, сигналы рассогласования отсутствуют Устройство находится в статическом режиме в случа отсутствия сигналов Выше нормы и Ниже нормы, на выходе элемента 3 и .сигналов рассогласования на выходе элемента 6. В таком режиме состоянию реверсивногЬ счетчика-4, которое оп- ределяет требуемый режим, соответствует одно из состояний счетчика 16,в котором дополнительно включено заданное число усилительных каска- дов 21..

Рассмотрим работу устройства, когда счетчик 16 и реверсивньй счетчик 4 находятся в состояниях рОО и 00.

Входной сигнал номинального уров- ня через коммутаторы 7 подается на вход последнего усилительного каскада 21. , а с его выхода часть выходного сигнала поступает на вход амплитудного детектора 2. Продетектиро-. ванный сигнал с выхода амплитудного детектора 2 поступает на регулирующий вход усилительного каскада 21 и элемент 3. Если уровень продетек- тированного сигнала изменяется нез- начительно, то уровень сигнала на многокаскадого усилителя 1 поддерживается постоянным при помощи плавной АРУ в последнем усилительном каскаде 21,. Остальные уси- лительные каскады 21 отключены.

В случае когда уровень сигнала на выходе многокаскадного усилителя

10 4

1 уменьшится ниже номинального, уровень на выходе амплитудного детектора 2 станет меньше нижней границы нормы. На выходе Ниже нормы элемента 3 появится сигнал, который одновременно поступит на вход первого генератора 5 и включит его, а также на вход суммирования реверсивного счетчика 4. При поступлении тактового импульса от первого генератора 5 на выходе реверсивного счет чика 4 будет сформирован сигнал 01 который поступит на второй вход элемента 6, на первый вход которого пост-упает сигнал 00 с выхода второго сумматора 20. В результате на выходе 23 появится сигнал рассогла- сования, которьй поступает на вход второго элемента И 12, на второй вход которого также подан сигнал с выхода элемента 3 Ниже нормы.

Появление сигнала на выходе второго элемента И 12 подготовит первый элемент И 9 посредством которого управляется второй генератор 11.

Выходной сигнал второго элемента И 12 с уровнем логической единицы через элемент ИЛИ 10 поступает на вход первого элемента И 9. При поступлении тактового импульса с г второго генератора 11 счетчик 16 перей- дет из состояния 000 в состояние 001, Это приведет к включению усилительного каскада 21 и формированию на выходе второго сумматора 20 сигнала 01. На выходе 23 элемента 6 снимется сигнал, который разрешал прохождение тактовых импульсов от второго генератора 11 на вход счетчика 16.

Если уровень сигнала на выходе ам- плитудного детектора 2 при подключении усилительного каскада-.21 стал в пределах допуска, то снимется сигнал Ниже нормы на выходе элемента 3 и устройство перейдет в статический режим. В противном случае под . воздействием следующего тактового импульса первого генератора 5 реверсивный счетчик 4 перейдет в состояние 10. На выходе 23 появится сигнал, так как на первьш вход элемента 6 с выхода второго сумматора 20 поступает сигнал 01. Аналогичным образом произойдет включение второго генератора 11 н счетчик 16 перейдет в состояние 010. Усилительный каскад 21, будет отключен, а усшштельный каскад 21, включен. На выходе второго сумматора 20 сохранится сигнал ОТ, и на выходе 23 будет единичный потенциал, кроме того, не будет снят сигнал Ниже нормы на выходе элемента 3, Остановки счетчика 16 не последует и под воздействием следующего импульса от второго генератора 11 счетчик 16 перейдет в состояние 011. Под воздейст- вием его выходных сигналов будут включены усилительные каскады 21 и 21 2 и на вьгходе второго сумматора 20 появится сигнал 10. Если уровен сигнала на выходе амплитудного де- тектора 2 после включения усилительных каскадов 2| и 21, стал в пределах нормы, то снимется сигнал Ниже нормы на выходе элемента 3, произойдет остановка второго 1t и первого 5 генераторов. Устройство зафиксируется . В противном случае аналогично рассмотренному будет включен еще один усилительный каскад 21.

Если уровень сигнала на выходе ам плнтудного детектора 2 превышает номинальный, то на выходе элемента 3 появится сигнал Выше нормы, который одновременно поступит на вход первого генератора 5 и вычитающий вход реверсивного счетчика 4. Под воздействием очередного тактового импульса реверсивный счетчик 4 изменит свое состояние. На выходе 24 элемента 6 появится сигнал, который че- рез элемент ИЛИ 1C поступит на вход элемента И 9.С приходом тактового импульса от второго генератора 11 1 счетчик 16 изменит свое состояние.

Предположим, что до возмущающего воздействия счетчик 16 находился в состоянии 011, реверсивньй счетчик 4 - в состоянии 10, на выходе второго сумматора 20 присутствовал сигнал 10 и бьши включены усилительные каскады 21 и 21. В этом случае после появления сигнала Выше нормы реверсивный счетчик 4 перейдет в состояние 01, а счетчик 16 - соответственно в состояние 100. На выхо- де второго сумматора 20 появится сигнал 01, снимется с выхода 22 сигнал, отключатся усилительные каскады 21 и 21 и включится усилительный каскад 21 . Если уровень на выходе амплитудного детектора 2 стал в пределах нормы, то снимется сигнал Вьше нормы, с выхода эле5 0

5 0 5

0

5

0

мента 3, и процесс регулирования закончится. В противном случае с приходом следующего импульса от первого генератора 5 реверсивный счетчик 4 перейдет в состояние 00. На выходе 22 появится сигнал, что вызовет последующий переход счетчика 16 в состояния 101, 110, 111 и остановку его в состоянии 000. В тракте усиления останется включенным усилительный каскад 21 .

Такой алгоритм работы предусмат- .ривает включение одного и того же числа усилительных каскадов 21 различными вариантами для обеспечения заданного режима. Это ведет к выравниванию расхода эксплуатационного ресурса усилительных каскадов 21 и повышению надежности устройства. Кроме того, в случае отказа одного из усилительных каскадов 21 за исключением последнего во всех режимах, не требующих включения усилительных каскадов 21, устройство автоматически восстанавливает работоспособность.

Предположим, что в результате автоматического регулирования система находилась в статическом режиме, в котором были включены усилительные каскады 21 и 21 . Этому режиму соответствует состояние 01 реверсивного счетчика 4 и состояние 100 счетчика 16. В случае отказа усилительного каскада 2 Ц уровень сигнала на выходе амплитудного детектора 2 станет ниже нормы, на выходе элемента 3 появится сигнал Ниже нормы. Этот сигнал включит первый генератор 5 и поступит на суммирующий вход реверсивного счетчика 4. Под воздействием тактового импульса реверсивный счетчик 4 перейдет в состояние 10. На выходе 23 элемента 6 появится сигнал, вследствие которого в конечном счете произойдет срабатывание счетчика 16 и переход его в состояние 101. На первый вход , элемента 6 с выхода второго суммато- - ра 20 поступит сигнал 10, что приведет к снятию сигнала с выхода 23. В тракт усиления будут включены усилительные каскады 21 , и

21,

Сигнал

Ниже нормы снят не будет, так как включен неисправньй усилительный 55 Ааскад 213.

Под воздействием следующего импульса первого генератора 5 реверсив- ый счетчик 4 перейдет в состояние

7.12

11, что вызовет переход счетчика 16 в состояния 110 и 111. В этом состоянии включены все усилительные каскады 21, отсутствуют сигналы рассогласования на выходах элемента 6, однако сигнал Ниже нормы присутствует на выходе элемента 3, так как неисправен усилительный каскад 21. Это состояние распознается третьим элементом И 17, на входы которого поступают сигналы: с выхода 24, Ниже нормы с выхода элемента 3 и тактовый импульс с выхода первого генератора 5. Длительность этого импульса выбирается такой, чтобы во время его действия второй генератор 11 вырабатывал не менее двух импульсов.

Наличие сигнала Ниже нормь) на выходе элемента 3 вызывает срабатывание первого генератора 5, но переключения реверсивного счетчика 4 не происходит, так как он находится в предельном состоянии 11. Во время действия импульса от первого генератора 5 на выходе третьего элемента И 17 появится сигнал, который через элемент ИЛИ 10 поступит на один из входов первого элемента И 9. Один из импульсов второго генератора 11 поступит на вход счетчика 16 и переведет его в состояние 000 (счетчик 16 не имеет блокировки и после завершения полного цикла счета пере- ходит в нулевое состояние). На выходе элемента 6 появится сигнал на выходе 23, при сохранившемся сигнале Ниже нормы на выкоде элемента 3 счетчик 16 перейдет в очередное сое- тояние 001. В тракт усиления включится каскад 21, снимется сигнал Ниже HopMbi, так как в исходном положении рабочий режим обеспечивался включением одного каскада 21j. На , второй и первый входы элемента 6 будут поданы комбинации 11 и 01 соответственно. На выкоде 23 останется сигнал рассогласования, однако переключения счетчика 16 не последу- ет, так как отсутствуют сигналы Ниже .нормы, или Выше нормы с выходов элемента 3. В этом случае на обоих входах четвертого элемента И 14 появляются сигналы логический еди- ницы, один из которых поступает с выхода 23, а второй формируется элементом НЕ 13 при отсутствии сигнала Ниже нормы с выхода элемента 3.

10-8

Через элемент 8 выходной сигнал четвертого элемента И 14 включает первый генератор 5 и одновременно поступает на вход вьгаитания реверсивного счетчика 4. Под воздействием тактовых импульсов первого генератора 5 реверсивный счетчик 4 перейдет в состояние 01. Сигнал снимется с выхода 23 элемента 6, первый генератор 5 остановится и процесс регули рования закончится. Таким образом, осуп(ествляется коррекция реверсивного счетчика 4.

.1

В некоторых ситуациях возможна работа устройства даже при наличии кратных отказов. Например,когда для обеспечения рабочего режима достаточно включения одного усилительного каскада 21 не считая последнего. Ключи 18, как и в известном устройстве, могут осуществлять отключения питания у отключенных с помощью коммутаторов 7 усилительных каскадов.

Формула изобретения

Устройство автоматической регулировки усиления, содержащее соединенные последовательно многокаскадный усилитель, амплитудный детектор, эле мент сравнения с постоянными пороговыми уровнями, реверсивный счетчик, входы управления Сложение и - Вычитание которого соединены соответственно с выходами Сигнал вьпие нормы и Сигнал ниже нормы элемента сравнения с постоянными пороговыми уровнями, первьш генератор импульсов, выход которого соединен с входом счетных импульсов реверсивного счетчика, а первый и второй входы управления запуском соединены с выходами Сигнал выше нормы и Сигнал лиже нормы элемента сравнения с постоянными пороговыми уровнями соответственно, на входе каждого усилительного каскада, кроме последнего, многокаскадного усилителя включен коммутатор, другой выход которого соединен с выходом того же усилительного каскада, выход амплитудного детектора соединен с входом регулировки усиления последнего усилительного каскада многокаскадного усилителя, отличающееся тем, что, с целью повьте- ня надежности за счет выравнивания расхода эксплуатационного ресурса усилительных каскадов многокаскадного усилителя, в него введены соединенные последовательно второй генератор импульсов, первый элемент И и счетчик, выходы разрядов которого соединены с управляющими входами со- ответствующих. коммутаторов, блок определения количества включенных усилительных каскадов, входы которого соединены с выходами разрядов счетчика, элемент сравнения кодов, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом блока определения количества включенных усилительных каскадов и выходом реверсив- 1НОГО счетчика,.второй элемент И, со- ;единенный последовательно третий зле- ;мент И, первый вход которого соединен с выходом первого генератора импульсов, элемент ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, а выход соединен с вторым входом первого эл.емента И, соеРедактор В. Данко Заказ 7285/57

Составитель Н. Мельников Техред л.Олейник

Корректор

Тираж В99Подписное

ВНИИ1Ш Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

диненные последовательно элемент НЕ, вход которого соединен с вторым входом третьего элемента И, первым входом второго элемента И и выходом Сигнал ниже нормы элемента сравнения с постоянными пороговыми уровнями, четвертый элемент И и элемент развязки, выход которого соединен с первым входом управления запуском первого генератора импульсов, третий вход элемента ИЛИ соединен с выходом Сигнал на первом входе больше сигнала на втором входе элемента сравнения кодов, вторые . входы второго и четвертого элементов И соединены с выходом Сигнал на первом входе меньше сигнала на втором входе элемента сравнения кодов, третий вход третьего элемента И соединен с выходом Сигналы на первом и втором входах равны элемента сравнения кодов.

Корректор В. Бутяга

Изобретение относится к радиотехнике и обеспечивает повышение надежности за счет выравнивания расхода эксплуатационного ресурса усилительных каскадов многокаскадного усилителя. Устр-во содержит многокаскадный усилитель- 1, состоящий из коммутаторов 7, ключей 18 и з сили- тельных каскадов (УК) 21, амплитудный детектор 2, элемент 3 сравнения с ПОСТОЯННЫМИ; пороговыми уровнями. реверсивный счетчик (PC) 4, генераторы 5, 11 импульсов, элемент 6 сравнения кодов, элемент 8 развязки, элементы И 9, 12, 14, 17, ИЛИ 10, НЕ 13, блок 15 определения количества включенных усилительных каскадов, состоящий из сумматоров 19, 20, и счетчик 16. Число разрядов счетчика 16 равно числу коммутаторов 7, число которых на один меньше числа УК 21, В данном случае трехфазный счетчик 16 обеспечивает восемь режимов усиления, осуществляемых различными наборами УК 21. Состояние PC 4 в каждом режиме определяет число дополнительно включенных УК 21. Необходимость включения или отключения дополнительных УК 21 определяется при сравнении в элементе 3 выходного сигнала амплитудного детектора 2 с пороговыми уровнями. На его выходе формируются сигналы Ниже нормы или Быте нормы, которые обеспечивают изменение состояния счетчика 16. 1 ил. о (Л to 00 N9 00