Узкополосный усилитель с автоматической стабилизацией коэффициента усиления Советский патент 1987 года по МПК H03G3/20 

низкой частоты, периодически шунтируя резисторы 17, 18, осуществляет модуляцию коэф. передачи цепи ОС. При замкнутом ключе 3 коэф, передачи цепи ОС макс., что уменьшает коэф. усиления узкополосного усилителя. При разомкнутом ключе 3 коэф. пере- дачи цепи ОС уменьшается, коэф. усиления УУ увеличивается. Для автоматической стабилизации модуля и аргумента коэф. усиления УУ выходное напряжение УУ с помощью амплитудного ограничителя 6, частотного детектора 7, усилителя 9 низкой частоты.

1

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано fifla усиления слабых сигналов в заданное число раз с сохранением фазовых соотношений, преимущественно в фазовых информационно-измерительных системах.

Цель изобретения - повышение точности стабилизации коэффициента усиления по модулю и фазе.

На чертеже представлена структурная электрическая схема узкополосно- го усилителя с автоматической стабилизацией коэффициента усиления.

Узкополосньй усилитель с автома тической стабилизацией коэффициента усиления содержит входной регулируемый усилитель 1, перестраиваемую избирательную цепь 2, ключ 3, повторитель 4 напряжения, амплитудный детектор 5, амплитудный ограничитель 6, частотный детектор 7,- первый 8 и второй 9 усилители низкой частоты первый 10 и второй 11 синхронные детекторы, первая 12 и вторая 13 интегрирующие цепи, генератор 14 низкой частоты, первый, второй, третий и четвертый резисторы 15-18 соответственно.

Узкопалосный усилитель работает следующим образом.

Усиливаемое напряжение U, частоты Со поступает на вход входного регулируемого усилителя 1 и перестраиваемой избирательной цепи, охваченных цепью отрицательной обратной связи.

синхронного детектора (СД) 11 и интегрирующей цепи 13 изменяет частоту настройки ПИЦ 2, ас помощью амплитудного детектора 5, усилителя 8 низкой частоты, СД 10 и интегрирующей цепи 12 изменяет коэф. усиления ВУ 1. Процесс автоматического регулирования осуществляется до исчезновения переменных составляющих на выходах СД 11, 10. Благодаря автостабилизации коэф.усиленияУУопределяет- ся только значениями сопротивлений резисторов 15-18цепиОСине зависит от добротности ПИЦ2 и параметровУУ. I , ил.

состоящей из резисторов 15-18 и ключа 3. Сопротивления резисторов выбирают из условия R ; R R + + R -с R, где R,-R4 - сопротивле- ния резисторов 15-18 соответственно, что обеспечивает слабую обратную связь при двух положениях ключа и поэтому в небольшой мере снижает эквивалентную добротность узкополосного усилителя

Q,

Q

1 + к„ /3

(1)

где Q - добротность перестраиваемой

избирательной цепи 2 Kg - коэффициент усиления входного регулируемого усилителя 1 с настрбенной перест- раиваемой избирательной

цепью 2; - коэффициент передачи цепи

обратной связи.

Выходное усиленное напряжение U поступает в цепь обратной связи на резисторах 15 и 16 через замкнутый йлюч 3 или через последовательно включенные резисторы 17 и 18 при разомкнутом ключе 3. С общей точки ре- зисторов 17 и 18 через повторитель 4 напряжения снимается выходной сигнал.

Ключ 3, управляющий вход которого соединен с генератором 14 низкой частоты, периодически шунтируя резисто- ры 17 и 18, осуществляет модуляцию коэффициента передачи цепи обратной

связи узкополосного усилителя от значения

R,

R, + R,

до значения

К.

R, + Кг + К + R,

Одновременно нзменяется коэффициент передачи выходной цепи узкоцолосного усилит еля от значения р j 1, соответствующего замкнутому ключу 3, до значения при разомкнутом ключе 3

а R, + Rj + R-S R, + R + Кз + R4

Когда ключ 3 замкнут, коэффициент передачи цепи обратной связи наиболь-20 ший ( В, ft2 уменьшает коэффициент усиления узкополосного усилителя. Но при этом возрастает коэффициент передачи его выходной цепи ( ) Результирующий коэффициент25 усиления узкополосного усилителя зависит от соотношейия Б, и 0 и становится равным

К о Р

f 1 + К

ор,

(5) 30

При разомкнутом ключе 3 коэффициент передачи цепи обратной связи уменьшается ( Pt увеличивается коэффициент усиления узкополосного усилителя, но уменьшается коэффициент передачи его выходной цепи ( /Jj ). Результирующий коэффициент усиления узкополосного усилителя принимает значение

К,

Ко/,

(6)

1 +

Периодические изменения глубины обратной связи вызывают соответст- вукицие изменения эквивалентной добротности (1) узкополосного усилителя, не вызывающие появления фазового сдвига. Но при расстройке избирательной цепи возникает фазовый сдвиг усиленного напряжения U относительного входного и,

тельной цепи,- знак фазового сдвига определяется знаком расстройки избирательной цепи.

В зависимости от глубины обратной связи фазовый сдвиг изменяется от значения (ключ 3 замкнут)

0

f5

q arctg QoO -il +

Tun , до значения (ключ 3 разомкнут)

f5

0 5Cf arctg MilJ bl..(9) .lu QU

Если добротность перестраиваемой избирательной цепи 2 относительно большая (Рд 10),- то фаза усиленного напряжения будет изменяться не мгновенно, а постепенно по экспоненциальному закону:

tf,(t) q) -ь (1 - е)с,(10)

--t/t

-t/r

q),(t) q., е + (1 - e )q .,(

гдеТ 2Q(,/co - постоянная времени избирательной цепи.

Аналогичным образом изменяется амплитуда напряжения на выходе избирательной цепи из-за неравенства результирующих, коэффициентов усиления К, и 1(2 в процессе коммутации элементов цепи обратной связи. Из соотношений (5), (6), .(ТО) и (11) видно, что коммутационная модуляция цепи отрицательной обратной связи узкополосного усилителя приводит к периодическим изменениям модуля и аргумента коэффициента усиления.Для автоматической стабилизации модуля коэффициента усиления (К const) и его аргумента на нулевом значении ( Ц, 0) усиленное напряжение и2 через повторитель 4 напряжения поступает на амплитудный детектор 5 и амплитудный ограничитель 6.

Выходное напряжение амплитудного ограничителя 6 с постоянной амплитудой и изменяющейся фазой поступает на частотный детектор 7 с преобразовательной характеристикой

Ц +arctg

Т

03

0л

- относитель

ая

расстройка перестраиваемой избираS,U(Q -«„-ь-), крутизна характеристики частотного детектора 7;

(12)

амплитуда выходного напряжения амплитудного ограничителя 6;

скорость изменения фазового

СО переходная частота частотного детектора 7; dcp

dF

сдвига.

При воздействии на вход частотнодетектора 7 пакета напряжения с ой ср, (t) на его выходе формируетнапряжение

и.

S,U, (cf,-ty),o,j.(l3)

Воздействие последующего пакета напряжения с фазой q (t) вызывает появление напряжения с противоположной полярностью

5

«,о

(г -Ч. ).

1(14)

Как видно из выражений (13), (14), (8) и (9), выходное напряжение частотного детектора 7 является сложной функцией времени, частоты и зависит от расстройки добротности перестраиваемой избирательной цепи и глубины обратной связи узкополосного усилителя . При непрерывной работе ключа 3 и наличии расстройки ( j 0) в выходном напряжении частотного детектора 7 появляется переменная составляющая напряжения с частотой работы ключа п .

Переменная составляющая напряжения усиливается вторым усилителем 9 низкой частоты и выпрямляется вторым

синхронным детектором 11

л,

и, (4. -,У , (1

о

где К - коэффициент усиления второго усилителя.

Под действием напряжения U заряжается вторая интегрирующая цепь 13, выходное напряжение которой изменяет частоту настройки перестраиваемой избирательной цепи 2. Процесс настройки цепи длится до исчезновения вьшрямленного напряжения (15), т.е. Ч, cf 0, ; и..

При изменении знака расстройки изменяются и знаки фазовых сдвигов Cf I и cf В результате этого изменяется полярность выпрямленного напряжения на выходе второго синхронного детектора 11. Соответственно этому изменяется полярность выходного напряжения второй интегрирующей цепи 13, что обеспечивает следящий

режим настройки перестраиваемой избирательной цепи 2.

Выходное напряжение амплитудного детектора 5 при замкнутом и разомкнутом ключа 3 определяется значениями коэффициента усиления (выражения 4 и 5) - и расстройкой перестраиваемой избирательной цепи.При настроенной перестраиваемой избирательной цепи ( 0) выходное напряжение ампдитудного детектора 5 изменяется по экспоненциальному закону от значения

UT

S.

к.

Э,

1 + к.

и.

(16)

до значения

Us

S 1 +

o|,

(17)

где i - крутизна преобразования амплитудного детектора 5. Переменная составляющая напряжения частоты работы ключа 3 усиливается первым усилителем 8 низкой частоты и вьшрямляется первым синхронным

детектором 10

TT/Sl

к, Sj

и„

21Т

(и,-u,)J (1 - ) dt.

(18)

где

г коэффициент усиления первого усилителя 8 низкой час- тоты.

Под действием выходного напряжения первой интегрирующей цепи 12, которая заряжается напряжением U., изменяется коэффициент усиления входного регулируемого усилителя 1. Процесс автоматического регулирования коэффициента усиления входного, регулируемого усилителя 1 длится до исчезновения переменной сос- тавляющей напряжения (18),, чему соответствует равенство напряжений и и Ug. Приравнивая напряжения согласно выражениям (16) и (17), получаем

f.,

1

(19) следует, что

(19)

+ ч

Из соотношения

коэффициент усиления регулируемого

усилителя автоматически установится

равным

а - Э

«о

/. -р.

Подставив в выражение (5) или (6) значения 5, - из выражений (2)-(4), получим значение результирующего коэффициента усиления узкополосного усилителя с настроенной избирательной цепью

k,(R, -ь Кг) г U.fR, -f

R,(R, + R4)

Таким образом, благодаря автостабилизации коэффициента усиления узкополосного усилителя его коэффициент усиления определяется только значениями сопротивлений резисторов 15-18 цепи обратной связи и не зависит от добротности избирательной цепи и параметров самого усилителя.

Формула изобретения

Узкополосный усилитель с автоматической стабилизацией коэффициента усиления, содержащий последовательно соединенные входной регулируемый усилитель и перестраиваемую избирательную цепь, между выходом которой и входом входно1 о регулируемого усилителя включены последовательно соединенные ключ, управляющий.вход которого подключен к выходу генератора низкой частоты, и первый резистор, второй резистор, включенный между входом входного регулируемого усилителя и общей шиной, последовательРедактор В.Петраш Заказ 895/56

Составитель С.Даниэлян

Техред Н.Глущенко Корректор С.Шекмар

Тираж 902Подписное

ВНИИПИ 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

988568

но соединенные амплитудный детектор, вход которого подключен к выходу устройства, первый усилитель низкой частоты, первый синхронный детектор и первую интегрирующую цепь, выход которой подключен к управляющему входу входного регулируемого усилителя, последовательно соединенные второй усилитель низкой частоты, второй синхронный детектор и вторую интегрирующую цепь, выход которой подключен к входу управления частотой перестраиваемой избирательной цепи, к точке соединения ключа и первого резистора подключены последовательно соединенные третий и четвертый резисторы, а другие входы синхронных детекторов подключены к выходу генератора низкой частоты.

10

}5

20

отличающийся тем, что.

с целью повьшения точности стабилизации коэффициента усиления по модулю и Фазе, между точкой соединения третьего и четвертого резисторов и

входом второго усилителя низкой частоты включены последовательно соединенные повторитель напряжения, выход которого является выходом устройства, амплитудный ограничитель и частотный дискриминатор, а другой вывод четвертого резистора подключен к выводу перестраиваемой избирательной цепи.

Изобретение относится к радиотехнике и обеспечивает повышение точности стабилизации коэф. усиления по модулю и фазе. Усиливаемое напряжение поступает на входной регулируемый усилитель (ВУ) 1 и далее на перестраиваемую избирательную цепь (ПИЦ) 2. ВУ 1 и ПИЦ 2 охвачены цепью отриц. ОС, состоящей из резисторов 15-18 и ключа 3. Выходное напряжение ПИЦ 2 поступает в цепь ОС на резисторах 15, 16 через заьоснутый ключ 3 или через последовательно включенные резисторы 17, 18. Сигнал с общей точки резисторов 17, 18 через повторитель напряжения 4 поступает на выход узкополосного усилителя (УУ). Ключ 3, управляемый генератором 14 (Л N3 х 00 00 ел 05