Устройство автоматической регулировки усиления Советский патент 1992 года по МПК H03G3/20 

сл

с

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в приемно-уси- лительных трактах. Поставленная цель - уменьшение времени восстановления-до- стигается тем, что в устройстве автоматической регулировки усиления, содержащем регулируемый усилитель, регулятор, включающий детекторы с разными постоянными времени, элемент сравнения, дополнительный элемент сравнения, блок с регулируемыми параметрами, блок с регулируемыми параметрами, выполнен в виде фильтра нижних частот. 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в цепях автоматической регулировки усиления приемно- усилительных трактов.

Известна схема усилителя с автоматической регулировкой усиления, содержащая операционный усилитель, к входу которого подключен регулируемый Т-образный делитель напряжения, в параллельное плечо которого включен регулируемый элемент, выполненный на униполярном транзисторе.

Между выходом операционного усилителя и базой униполярного транзистора включены последовательно соединенные детектор, фильтр нижних частот, усилитель постоя иного тока на транзисторе, между базой которого и шиной источника питающего напряжения включен резистор смещения.

Устройство функционирует в задержанном режиме, который обусловлен наличием

напряжения смещения транзистора усиления постоянного тока.

В исходном режиме при отсутствии напряжения сигнала на входе устройства (Овх 0) на выходе транзисторного каскада напряжение управления (ЕуПр) равно нулю.

При поступлении на вход устройства нарастающего гармонического сигнала напряжение Еупр изменяется от нулевого значения до Еупрмах. При этом на выходе устройства за счет изменения коэффициента передачи делителя напряжения происходит уменьшение амплитуды выходного напряжения устройства. Скорость изменения выходного напряжения определяется постоянной времени фильтра нижних частот (ФНЧ)(Тфнч).

После уменьшения амплитуды входного напряжения сигнала время восстановления коэффициента усиления устройства составляет (3-5) гфнч. что является недостатком устройства.

XJ

СО

ю

N

ю

00

ИЗВРСТНО устройство автоматического регулирования усиления, содержащее регулируемый усилитель, между выходом и управляющим входом которого включены последовательно соединенные первый детектор и четырехполюсник, выполненный на операционном усилителе, между выходом и инвертирующим входом которого включены в параллель резистор и канал сток-исток полевого транзистора. К инвертирующему входу операционного усилителя четырехполюсника подключен источник опорного напряжения (Uonop). Между выходом регулируемого усилителя и затвором полевого транзистора четырехполюсника включены последовательно соединенные второй детектор и элемент сравнения, выполненный на дополнительном операционном усилителе, между выходом и инвертирующим входом которого параллельно включены резистор и диод, а его неинвертирующий вход подключен к выходу первого детектора.

Устройство работает следующим образом.

В отсутствие входного напряжения сигнала (UBx «О) полевой транзистор в цепи отрицательной обратной связи (ООС) операционного усилителя четырехполюсника переведен в режим непроводимости. При этом операционный усилитель четырехполюсника функционирует в режиме максимального коэффициента усиления и на его выходе выделяется напряжение насыщения отрицательной полярности, которое поступает на управляемый вход регулируемого усилителя. При отрицательной полярности управляющего напряжения (ЕуПр) регулируемый усилитель функционирует в режиме максимального коэффициента усиления (Кмакс).

При поступлении на вход регулируемого усилителя, например нарастающего непрерывного гармонического сигнала (Usx). на его выходе при Кмакс выделяется напряжение максимальной амплитуды, которое одновременно поступает на входы первого и второго детекторов. Выходное напряжение первого детектора поступает на вход четырехполюсника и одновременно поступает на элемент сравнения, на входе которого сравнивается с выходным напряжением второго детектора. Разностное выходное напряжение элемента сравнения используется для регулирования коэффициента передачи операционного усилителя четырехполюсника цепи ООС АРУ. На выходе четырехполюсника формируется напряжение управления (Еупр), регу- лирование коэффициента усиления которого осуществляется путем изменения

проводимости канала сток-исток полевого транзистора, который включен в цепь ООС операционного усилителя четырехполюсника,

Второй детектор выполняет вспомогательную функцию и его постоянная времени RC-цепи выбирается меньше постояннрй времени RC-цепи первого детектора (Гдетек тДете(С). Причем RC-цепь первого детектора выполнена таким образом, что его постоянная времени установления значительно меньше постоянной времени восстановления.

По мере нарастания сигнала на входе

устройства происходит нарастание выходных напряжений первого и второго детекторов, при этом наступает момент, когда выходное напряжение первого детектора (иеыхд1) по уровню становится равным или

больше опорного напряжения (11выхд1 SUonop) При Увыхд Uonop напряжение на выходе операционного усилителя четырехполюсника изменяет свою полярность с отрицательной на положительную. По мере

нарастания напряжения (Еупр) положительной полярности происходит уменьшение коэффициента усиления регулируемого усилителя от Кмакс до Кмин. При этом выходное напряжение второго детектора уменьшается, а выходное напряжение первого детектора вследствие его инерционности продолжает увеличиваться до тех пор, пока выходное напряжение устройства достигает установившегося значения.

При Увыжд ивыхд2 за счет большого коэффициента усиления операционного усилителя четырехполюсника в цепи АРУ устройства обеспечивается высокая скорость установления коэффициента усиления.

После скачкообразного уменьшения входного напряжения сигнала до нулевого значения (Uex «О), вследствие инерционности первого детектора, напряжение на выходе устройства резко уменьшается, при

этом с относительно большой скоростью уменьшается выходное напряжение второго детектора (ивыхд2).

По мере уменьшения напряжения ивыхд2 наступает момент, когда

ивыхд ивыхд2, при этом полевой транзистор в цепи ООС операционного усилителя четырехполюсника переводится в режим проводимости. При переводе полевого транзистора в режим проводимости резко

уменьшается коэффициент усиления в цепи ООС АРУ, уменьшение которого приводит к задержке процесса восстановления коэффициента усиления регулируемого усилителя. По мере уменьшения напряжения на

выходе первого детектора, напряжение на выходе устройства вновь начинает возрастать, при этом начинает возрастать напряжение на выходе второго детектора (ивыхд2). При 11выхд2 ивыхд1 полевой транзистор переводится в режим непроводимости, а коэффициент усиления регулируемого усилителя вновь возрастает до максимального значения (Кмакс), причем на конечном участке вре- менного интервала восстановления увеличивается скорость нарастания К. При достижении значения Кмакс устройство переводится в установившийся режим. Относительно большой временной интервал восстановления и малый временной интервал установления достигается за счет регулирования в цепи ООС коэффициента усиления операционного усилителя четырехполюсника.

Использование этого устройства в составе приемно-усилительного тракта, решающего задачу выделения серии импульс- ных сигналов, следующих через относительно коротий временной интервал, приведет к искажению их амплитуды, что является недостатком устройства.

Цель изобретения -уменьшение времени восстановления.

Цель достигается тем, что в устройство автоматической регулировки усиления, содержащее регулируемый усилитель, между выходом и управляющим входом которого включен регулятор, содержащий первый и второй детекторы, выполненные с разными постоянными времени, входы которых являются входом регуля гора, блок сравнения, один вход которого является входом для подачи опорного напряжения, а выход является выходом регулятора, и дополнительный блок сравнения, входы которого подключены к выходам первого и второго детекторов соответственно, а выход подключен к управляющему входу блока с регулируемыми параметрами, который выполнен в виде ФНЧ с управляемой постоянной времени разряда, вход управления которого является управляющим входом блока с регулируемыми параметрами, а детектор с большей постоянной времени снабжен цепью разряда, вход управления которой подключен к выходу дополнительного элемента сравнения.

Авторам неизвестны технические решения, имеющие совокупность признаков, сходных с совокупностью отличительных признаков предлагаемого технического решения.

Введение в схему устройства указанной совокупности отличительных признаков придает устройству АРУ новое свойство,

обеспечивает принудительное уменьшение постоянных времени разрядных цепей детектора и блока с регулируемыми параметрами, что приводит в итоге к достижению 5 поставленной цели - уменьшению времени восстановления.

Устройство автоматической регулировки усиления (АРУ) содержит регулируемый усилитель 1, между выходом и управляю0 щим входом которого включены последовательно соединенные блок 2, содержащий две разнополярные детектирующие цепи, блок 3 с регулируемыми параметрами, который выполнен на резисторе 4 и конденсато5 ре5, в виде ФНЧ с управляемой постоянной времени разряда, блок 6 сравнения, к инвертирующему входу которого подключен источник 7 опорного напряжения.

Блок 2 содержит операционный усили0 тель 8, к выходу которого подключены катод основного детектирующего диода 9 и анод вспомогательного детектирующего диода 10.

Анод диода 9 и катод диода 10 соответ5 ственно через резисторы 11 и 12 подключены к инвертирующемиу входу операционного усилителя 8. Инвертирующий вход операционного усилителя 8 через резистор 13 соединен с выходом регулируе0 мого усилителя 1.

Анод диода 9 через резистор 14 подключен к потенциальному выводу конденсатора 15, к выводу которого подключен вход инвертирующего усилителя 16. Другой вывод

5 конденсатора 15 соединен с общим приводом. Катод диода 10 подключен к потенциальному выводу конденсатора 17, другой вывод которого соединен с общим проводом. Точка соединения выводов резистора

0 12 и конденсатора 17 подключена к инвертирующему входу операционного усилителя дополнительного блока 18 сравнения, неинвертирующий вход которого через резистор 19 соединен с входом блока 3 с регулируе5 мыми параметрами. Между выходом операционного усилителя дополнительного блока 18 сравнения и потенциальным выводом конденсатора 15 включен диод 20, полярность включения которого соответствует по0 лярности включения детектирующего диода 9. Выход операционного усилителя дополнительного блока 18 сравнения через резистор 21 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 22, выход которо5 го через диод 23 подключен к выходу блока 3 с регулируемыми параметрами.

Устройство работает следующим обра- зом.

Режим задержки АРУ обусловлен подачей на инвертирующий вход операционного

усилителя блока б сравнения опорного напряжения (Uonop).

При положительной полярности выходного напряжения блока 2, напряжение Uonop должно выбираться положительной полярности.

В исходном режиме в отсутствие входного напряжения сигнала (Uex )), с выхода операционного усилителя блока 6 сравнения на управляющий вход регулируемого усилителя 1 поступает напряжение постоянного тока отрицательной полярности, при этом регулируемый усилитель 1 функционирует в режиме максимального коэффициента усиления (Кмакс).

При поступлении на вход регулируемого усилителя 1, например нарастающего непрерывного гармонического сигнала (1)вх), на его выходе выделяется напряжение максимальной амплитуды (Увыжмакс), которое поступает на вход блока 2. Напряжение удвоенной амплитуды положительной полярности (ивых2) с выхода блока 2 поступает одновременно на вход блока 3 с регулируемыми параметрами и через резистор 19 на неинвертирующий вход операционного усилителя дополнительного блока 18 сравнения, на инвертирующий вход которого с потенциального вывода конденсатора 17 поступает продетектированное напряжение положительной полярности (Uci). В процессе детектирования скорость нарастания напряжения на потенциальном выводе конденсатора 15 (Ucis) меньше скорости нарастания напряжения на потенциальном выводе конденсатора 17 (Ucl) При этом Ucis по уровню превышает выходное напряжение блока 2 (UC17 11Вых2). При Uci7 UBbix2 дополнительный блок 18 сравнения функционирует в нелинейном, режиме и на его выходе выделяется напряжение насыщения отрицательной полярности, которым диод 20 переведен в режим непроводимости. Запертый диод 20 практически на процесс детектирования не влияет. С выхода дополнительного блока сравнения через резистор 21 напряжение отрицательной полярности поступает на инвертирующий вход операционного усилителя 22. С выхода операционного усилителя 22 напряжение насыщения положительной полярности поступает на катод диода 23 и переводит его в режим непроводимости. Запертый диод 23 не влияет на постоянную времени интегрирования блока 3 с регулируемыми параметрами. По мере нарастания напряжения на выходе блока с регулируемыми параметрами (ивыхз) наступает момент, когда иВыхЗ «Uonep. При иВыхЗ «Попер напряжение на выходе блока б сравнения изменяет свою полярность с отрицательной на положительную. Это напряжение является напряжением управления (Еупр) и поступает

на управляющий вход регулируемого усилителя. По мере нарастания Еупр происходит уменьшение коэффициента усиления регулируемого усилителя. В установившемся режиме регулируемый усилитель 1

0 функционирует в режиме минимального коэффициента усиления ( Кмин). Временной

интервал изменения коэффициента усиления регулируемого усилителя от Кмакс до Кмин определяется постоянной времени ус5 тройства АРУ (ТАРУ), величина которой может быть представлена выражением

-гТ3

ТАРУ 1 . v- ,

I т- Крег

где Тз - постоянная времени блока с регули0 руемыми параметрами в данном случает , где R - сопротивление резистора 4; С - емкость конденсатора 5;

Крег - коэффициент усиления в цепи обратной связи АРУ.

5 После скачкообразного уменьшения входного напряжения сигнала, при установившемся значении коэффициента усиления регулируемого усилителя (Кмин), происходит резкое уменьшение напряже0 ния на входе блока 2. При этом происходит начальный разряд конденсаторов 15 и 17, причем постоянная времени разряда (tpasi) конденсатора 15 больше постоянной времени разряда (tpaa2) конденсатора 17

5 (tpaai tpaa2). По мере уменьшения напряжения на потенциальных выводах конденсаторов 15 и 17 при tpaai tpas2 наступает момент, когда ивых2 по уровню становится больше напряжения Uci7(UBbix2 UC1). При ивых2

0 Uci напряжение на выходе операционного усилителя дополнительного блока 18 сравнения изменяет свою полярность с отрицательной на положительную. Выходным напряжением положительной полярности

5 дополнительного блока сравнения диоды 20 и 23 переводятся в режим проводимости, через открытые переходы которых происходит разряд конденсаторов 5 и 15. Принудительный разряд конденсаторов 5 и 15

0 позволяет значительно сократить временной интервал восстановления АРУ после скачкообразного уменьшения амплитуды входного сигнала.

Время разряда (tpaai) конденсатора 15

5 может быть определено и из выражения

tpaai Cl npAl+febixOYie),

где Ci - емкость конденсатора 15;

Гпрд1 сопротивление открытого диода 20;

гВыхОУ18 - выходное сопротивление дополнительного блока сравнения.

Постоянная времени разряда (1раз2) конденсатора 5 блока с регулируемыми параметрами определяется из выражения

1раз2 яС2(Гпрд2+ГвыхОУ22),

где С2 - емкость конденсатора 5;

Гпрд1 - сопротивление открытого диода 23;

гвыхОУ22 - выходное сопротивление операционного усилителя 22.

Процесс разряда конденсаторов 5 и 15 прекращается, когда на их потенциальных выводах устанавливается напряжение, пропорциональное установившемуся уровню напряжения (Uci) на потенциальном выводе конденсатора 17.

При Uci ивых2 напряжение на выходе операционного усилителя дополнительного блока 18 сравнения с большой скоростью изменяет свою полярность с положительной на отрицательную, при этом диоды 20 и 23 переводятся в режим непроводимости.

После прекращения разряда конденсатора 5 напряжение на выходе блока 3 с регулируемыми параметрами по уровню становится меньше напряжения

Uonop(Uonop Uebix3).

При Uonop иВыхЗ напряжение управления (Еупр) на выходе блока сравнения изменяет свою полярность с положительной на отрицательную, при этом коэффициент усиления регулируемого усилителя изменяет

свою величину с Кмин до Кмакс. Так как tpa3i Тдру Граэ2. в устройстве обеспечивается уменьшение отношения времени восстановления к времени установления за 5 счет принудительного разряда конденсаторов 5 и 15.

Форм,ула изобретения Устройство автоматической регулировки усиления, содержащее регулируемый

0 усилитель, между выходом и управляющим входом которого включен регулятор, содержащий первый и второй детекторы, выполненные с разными постоянными времени, входы которых являются входом регулятора,

5 блок сравнения, один вход которого является входом для подачи опорного напряжения, а выход является выходом регулятора, и дополнительный блок сравнения, входы которого подключены к выходам первого и

0 второго детекторов соответственно, а выход подключен к управляющему входу блока с регулируемыми параметрами, отличающееся тем, что, с целью уменьшения времени восстановления, блок с регулируемыми

5 параметрами выполнен в виде фильтра нижних частот с управляемой постоянной времени разряда, вход управления которого является управляющим входом блока с регулируемыми параметрами, а детектор с

0 большей постоянной времени снабжен цепью разряда, вход управления которой подключен к выходу дополнительного элемента сравнения.

h

НИН

дыход

/s