Устройство с временной автоматической регулировкой усиления Советский патент 1992 года по МПК H03G3/20 

изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в устройствах приема оптического излучения в системах оптической локации, в усилителях, в радиолокации, сигнализации,связи.

Известно устройство с автоматической регулировкой усиления на основе двухка- нального фотоприемника, которым осуществляется временное регулирование коэффициента усиления

В двухканальном фотоприемнике прием светового излучения осуществляется с помощью фотоэлектрического умножителя, причем управление чувствительностью фотоприемника действует благодаря поступлению импульсов напряжения, имеющих определенную, заранее заданную форму фронта, на диноды фотоумножителя,

Недостатки устройства состоят в следующем. Для управления чувствительностью требуется значительная величина амплитуды импульсов напряжения, которая определена особенностью устройства фотоумножителя Кроме этого, диапазон изменения чувствительноеги ограничен возможностями фотоумножителя и формирование сложной формы фронта управляющего импульса представляет собой существенные технические трудности

Известен также усилитель с автоматической регулировкой усиления, используемый для оптической связи, который содержит светоприемный элемент в виде фотодиода, резистор нагрузки фотодиода, усилительные каскады, детектор и обратную связь, благодаря которой сигнал с детектора воздействует на усилитель и на источник напряжения, питающий фотодиод (ФД).

Однако известный усилитель с автоматической регулировкой усиления имеет замкнутую систему автоматического регулирования, не позволяющую изменять величину коэффициента усиления извне с помощью электрических сигналов в течение определенного интервала времени Усилитель не позволяет осуществить временную автоматическую регулировку усиления с переменным диапазоном изменения коэффисл

с

XI

00

циента усиления и с переменной величиной времени действия ВАРУ.

Наиболее близким по технической сущности является устройство с автоматической регулировкой усиления, содержащее усилитель, имеющий разделительный конденсатор во входной цепи, а также содержащее формирователь управляющего напряжения смещения, включающий рези- стивно-емкостную цепь и управляемый де- литель напряжения, подключенный к входу усилителя. Известное устройство предназначено для управления чувствительностью радарных систем.

Усилитель построен на радиолампах, чувствителы-mciь которого управляется напряжением смещения, подаваемым в сеточную цепь радиолампы. Формирование управляющего напряжения происходит за счет специальною ключевого каскада, построенною также на радиолампе. Экспоненциальная кривая зависимости от времени формируется в ключевом каскаде благодаря использованию формирующего резистивно-емкостного звена в анодной це- пи ключевой радиолампы. Изменение постоянной времени проводится за счет ручной регулировки сопротивления переменного резистора. Кромезюго, диапазон изменения усиления регулируют за счет изменения постоянного напряжения, осуществляемого способом изменения положения движка потенциометра.

В известном устройстве регулировка усиления осуществляется в нескольких кас- кадах усиления, причем каждый каскад усиления, выполненный на пентоде, имеет возможность управления коэффициентом усиления за счет подачи двух изменяющихся компонент смещения, подаваемых в се- точную цепь радиолампы. Одна компонента представляет собой регулируемое смещение по постоянному току, а другая компонента представляет собой импульсное изменение смещения, также поступающее в сеточную цепь радиолампы усилителя. Формирование смещения осуществляется ключевым каскадом, также построенным на триодной радиолампе. Запирание лампы ключевого каскада происходит во время по- ступления в сеточную цепь ламе стробиру- ющего импульса, В результате действия стробирующего импульса усиление усилителя постепенно возрастает по экспоненциальному закону. Диапазон изменения усиления и скорость изменения усиления регулируются вручную за счет изменения положения движков двух потенциометров, причем один из потенциометров относится к регулировке диапазона изменения усиления, а другой - к регулировке скорости изменения усиления.Ручная регулировка двух важнейших параметров схемы представляет собой значительный недостаток устройства, так как быстрая перестройка устройства в связи с изменением эксплуатационных условий работы невозможна.

Целью изобретения является повышение быстродействия при переходе с одного закона управления устройства на другой.

Цель достигается тем. что в устройство с автоматической регулировкой усиления. содержащее усилитель, имеющий разделительный конденсатор во входной цепи, а также содержащее формирователь управляющего напряжения смещения, включающий резистивно-емкостную цепь и управляемый делитель напряжения, введен входной повторитель напряжения,выход которого подключен к входной цепи усилителя через имеющийся разделительный конденсатор, выход управляемого делителя напряжения подключен к входу усилителя, при этом одно плечо управляемого делителя напряжения выполнено в виде дискретно управляемого резистора, другое плечо является также резистором цепи разряда резистивно-емкост- ной цепи, а разделительный конденсатор одновременно является конденсатором ре- зистивно-емкостной цепи

Кроме этого, предлагаемое устройство отличается тем, что дискретно управляемый резистор выполнен в виде параллельно соединенных цепей, каждая из которых содержит транзистор с первым резистором в коллекторной цепи, второй резистор, включенный параллельно эмиттерному переходу транзистора, третий резистор, один вывод которого подключен к базе транзистора, а другой вывод является входом управляющего сигнала. Кроме того, устройство отличается тем, что в каждой из параллельно соединенных цепей дополнительно включен конденсатор параллельно второму резистору.

Для пояснения изобретения на фиг. 1,2 изображены блок-схемы устройства с автоматической регулировкой усиления.варианты 1 и 2, состоят из следующих блоков:

1- входного повторителя напряжения (ВПН),

2- резистивно-емкостной цепи (РЕЦ), включающей разделительный конденсатор С и резистор R,

З/.i.i - одного или нескольких управляемых делителей напряжения (УДН),

4 - усилитель.

Выход ВПН1 соединен с входом усилителя 4 через разделительный конденсатор С. Каждый УДН 3 и РЕ Ц 2 образуют соответствующий формирователь управляющего напряжения смещения (ФУНС). Одно плечо каждого УДН 3 содержит один и тот же резистор R РЕ Ц 2. Другое плечо каждого УДН 3 включает транзистор Т, эмиттер которого подключен к шине питания 5, а коллектор соединен через резистор RI с разделительной емкостью С и резонатором R РЕЦ 2. База и эмиттер транзистора VT соединены через резистор R2 в вариантах 1 и 2 (см. фиг. 1,2), а в варианте 2 (см. фиг.2) к резистору Rj, параллельно подсоединена емкость Ст. База транзистора VT через резистор РЗ подсоединена к шине управления 6.

На фиг. 3 представлена временная диаграмма работы устройства с двумя формирователями управляющего напряжения смещения (ФУНС). При этом показаны на

а)- временная диаграмма управляющих импульсов, поступающих на шину управления при следующих обозначениях: уровень напряжения импульса в шине управления Ui, U2 положительный уровень вдвое меньшей величины напряжения импульса в шине управления, Uo - минимальный уровень напряжения в шине управления.

AUi - величина перепада напряжения импульса в шине управления от уровня Ui до уровня U0;

AU2 - величина перепада напряжения импульса в шине управления от уровня Ui до уровня U2:

ATi - величина длительности импульса управления, т.е. перепада напряжения от уровня Ui до уровня Uo

АТ2 величина длительности импульса управления, т.е. перепада напряжения от уровня Ui до уровня U2;

TI - момент времени окончания импульса управления длительностью ATi;

TI - момент времени окончания импульса управления длительностью ДТ2;

б)зависимость коэффициента усиления от времени в соответствии с управляющими импульсами при следующих обозначениях:

Кч - максимальная величина коэффициента усиления устройства;

К2 - уменьшенная величина коэффициента усиления устройства;

Ко - минимальная величина коэффициента усиления устройства;

Ati - время изменения коэффициента усиления от величины К0 до величины Ki;

Лт.2 - время изменения коэффициента усиления от величины К2 до величины Ki.

Пример реализации устройства.

1, В качестве первого примера предлагается устройство с автоматической регулировкой усиления первого варианта (см. фиг.1 и описание к нему).

Устройство работает следующим образом. При поступлении импульса управления (см. фиг.За) на устройство по шине управления (см. фиг.1,2) открывается транзистор VT и на резистор R величиной 0,82 кОм и конденсатор С поступает импульс тока, создавая на резисторе R падение напряжения, величина которого будетопределяться соотношением величины сопротивления резисторов RL величина которого составляет 3,3

кОм, и R. Импульс тока будет заряжать разделительный конденсатор С, причем ток заряда конденсатора будет проходить через малое выходное сопротивление входного повторителя напряжения Причем импульс

напряжения на резисторе R поступает на вход усилителя 4, уменьа ая величину его коэффициента усиления до минимальном величины Ко даже меньшем единицы (см.фиг.Зб). После окончания импульса управления будет происходить разряд разделительного конденсатора С на резистор R и на выходное сопротивление усилителя 4 через малое выходное сопротивление входного повторителя напряжения Время разряда

будет определяться-величиной сопротивления резистора R и величиной емкости разделительного конденсатора С

По мере разряда конденсатора С будет уменьшаться напряжение на входе усилителя 4 и соответственно будет увеличийэться коэффициент усиления усилителя 4 по экспоненциальному закону, постепенно выводя устройство к режиму максимальной чувствительности, когда коэффициент усиления достигает величины Кч.

В случае использования нескольких параллельно соединенных цепей УДН 3 (согласно п.2 формулы изобретения), в которых величина сопротивления резистора Ri в коплекторной цепи транзистора VT будет различной, величина начального падения напряжения на резисторе R в зависимости от количества включенных параллельных цепей будет различной, благодаря чему будет изменяться диапазон регулировки коэффициента усиления усилителя 4. В случае использования параллельно включенных цепей с различным уровнем включения и благодаря различной амплитуде импульса

управления, поступающего по шине управления б, будет происходить включение различного количества параллельных цепей или различных пара/тельных цепей, у которых величины сопротивлений резисторов Ri

п коллекторной цепи транзистора VT могут значительно различаться.

Благодаря предложенной схеме устройства, в которой изменение коэффициента усиления осуществляется импульсными сиг- налами, поступающими на шину управления, не требуется ручная регулировка режима работы устройства и, следовательно, повышается быстродействие устройства при переходе с одного закона управления на другой. Указанное преимущество следует из выбранного принципа управления изменением коэффициента усиления, осуществляемого внешним управляющим сигналом, не зависящим от сигнала, поступающего на вход усилителя данного устройства, что обеспечивает увеличение быстродействия устройства.

Кроме этого, благодаря дополнительному включению конденсатора С) параллельно второму резистору (например, параллельно R осуществляется задержка включения транзистора, причем величина задержки включения относительно времени поступления импульса управления в шину управле- ния 6 может быть различной в зависимости от величины емкости конденсатора СИ и величины сопротивления резистора R2, включенного параллельно конденсатору Ci (см. Фиг.З). Благодаря осуществляемой задерж- ке формирование закона управления в виде зависимости падения напряжения на резисторе R от времени проявляется не только как изменение амплитуды импульса на ре- зислоре R, но и в виде сложной зависимости коэффициента усиления от времени. Таким образом при увеличенном быстродействии устройства различное время задержки устанавливаемое в параллельных цепях, открывает дополнительную возможность формирования сложной функции - закона управления коэффициентом усиления устройства.

В предложенном примере устройства с временной регулировкой усиления блок) представляет собой эмиттерный повторитель, выход которого подключен к одной обкладке переходного конденсатора С, а другая обкладка - к входу усилителя 4 и к резистору R, а также к четырем параллель- ным цепям, в состав которых входит транзистор VT проводимостью p-n-р с первым резистором RI в коллекторной цепи, второй резистор R2, включенный параллельно змиттерному переходу транзистора, третий резистор R3. один вывод которого подключен к базе транзистора VT, а другой вывод является входом управляющего сигнала. Входы для управляющего сигнала у четырех параллельных цепей объединены на одной

шине управления. Эмиттеры транзисторов объединены на одной шине питания, на которую подается постоянное напряжение питания положительной полярности, например, величиной 6,3 В.

При поступлении импульса управления в шину управления отрицательной полярности относительно положительного уровня параллельная цепи, построенная на основе транзистора, перейдет в режим работы,соответствующий открытому транзистору, если амплитуда импульса будет достаточная для открытия эмиттерного перехода транзистора VT. Величина порога открывания транзистора VT в параллельной цепи, т.е. величина амплитуды импульса, при которой транзистор VT переходит в открытое состояние, будет определяться соотношением величин сопротивлений резисторов R2 и RS базовой цепи транзистора VT. При малой величине сопротивления резистора R2. составляющей 1,2 кОм, и большой величине сопротивления резистора R,, составляющей 2,7 кОм, уровень открытия или включения транзистора VT будет значительным, так как коэффициент деления базового делителя, составленного из резисторов RT и Ra, будет равен 4, для того, чтобы амплитуда импульса на резисторе R2 превышала примерно 0,7 В, амплитуда импульса, поступившего на резистор RS с шины управления, должна составлять величину не менее 2,8 В.

Используя несколько параллельных цепей с различными соотношениями резисторов R2, Ra. например, хотя бы две параллельные цепи с уровнем включения, отличающимся в два раза, получаем устройство с переменным диапазоном изменения коэффициента усиления. Так, при большой величине управляющего импульса (см.фиг.За, время импульса ДТП) в обеих параллельных цепях транзисторы VT находятся во включенном состоянии, и на резисторе R формируется амплитуда импульса максимальной величины. Так, амплитуда импульса напряжения на резисторе R и ток заряда конденсатора С будут значительной величины, и, следовательно, коэффициент усиления усилителя 4 изменяется в большем диапазоне.

В случае поступления импульса управления значительно меньшей величины (см. фиг.За, время импульса АТ2), при которой открывается транзистор VT только в одной параллельной цепи, у которой коэффициент деления напряжения в базовой цепи меньше, например, в 2 раза, величина амплитуды импульса на резисторе R и ток заряда конденсатора С будут значительно меньшей величины, и диапазон изменения коэффициента усиления значительно уменьшается, Таким образом, только за счет изменения амплитуды управляющего импульса осуществляется переход с одного диапазона изменения коэффициента усиления на другой.

При этом время перехода с одного диапазона на другой составляет десятки микросекунд.

На графике фиг,За показана кривая импульса управления, поступающего в шину управления с переходом напряжения относительно постоянного положительного уровня от уровня Ui до уровня Do и на графике 36) изображена кривая изменения коэффициента усиления, которое происходит в соответствии с импульсами управления, изображенными на графике За).

Как видно на графике, изображенном на фиг.36, процесс разряда конденсатора С начинается в момент времени TI , совпадающий с моментом окончания импульса управления. В момент окончания импульса управления совершается обратный перепад напряжения от низкого уровня Uo до высокого уровня UL На графике, приведенном на фиг 36, показано постепенное увеличение коэффициента усиления до исходной величины KL

Наличие импульса управления с уменьшенной амплитудой AU2 вдвое меньшей, чем у предыдущего импульса управления AIM, коэффициент усиления уменьшается от величины 1 до «2, т е уменьшение коэффициента усиления примерно вдвое меньше, чем в интервале времени ATi. Ана- ло ичным образом после окончания импульса управления А Г2 коэффициент усиления постепенно увеличивается от величины «2 до величины Ki в течение времени Ат2.

Данное описание иллюстрирует работу двух параллельных цепей, причем интервал времени АТ2 соответствует включению только одной параллельной цепи, а интервал времени ATi соответствует включению обоих параллельных цепей и ATi и АТ2 изменяется в пределах 5-150 мкс.

2 Вторым примером предлагается уст- ройство с автоматической регулировкой усиления по второму варианту (см. фиг.2 и описание к ней), в котором для формирования зависимости изменения коэффициента усиления устройства от времени в каждую параллельную цепь введены конденсаторы Ci одинаковой величины 1000 пФ соответственно, параллельно резисторам Ra ( 1 кОм). Конденсаторы позволяют осуществить задержку включения транзисторов в параллельных цепях

В зависимости от величины емкосли конденсатора момент включения транзисторов задерживается на некоторое время, что позволяет сформировать сложную зависимость изменения коэффициента изменения от времени, в нашем случае, ступенчатого характера. Достигается задержка включения на 2,2 мкс.

Экспериментальные исспедования

предложенного устройства с автоматической регулировкой усиления в составе фотоприемного устройства показали высокое быстродействие при переходе с одного вида зависимости коэффициента усиления от

времени на другую зависимость. Время перехода составляет самое большое десятки микросекунд.

Благодаря изменениям коэффициента усиления данного устройства чувствительность фотоприемного устройства к. световым сигналам также претерпевает изменения, причем, благодаря автоматиче ской регулировке усиления в зависимости от амплитуды управляющих импульсов в

шине управления изменяется диапазон регулировки чувствительности фотоприемного устройства. Кроме этого, осуществляется необходимая задержка включения ФУНС на заданное время.

Формула изобретения

1. Устройство с временной автоматической регулировкой усиления, содержащее

усилитель с разделительным конденсатором на входе и формирователь управляющего напряжения смещения, включающий резистивно-емкостную цепь и управляемый делитель напряжения, отличаю щеес я тем, что, с целью повышения быстродействия при переходе с одного закона управления на другой, в него введен входной повторитель напряжения, выход котпрого подключен к другому выводу разделительного конденсатора, выход управляемого делителя напряжения подключен к входу усилителя, при этом одно плечо управляемого делителя напряжения, выполнено в виде дискретно управляемого резистора, другое

плечо является одновременно резистором цепи разряда резистивно-емкостной цепи, а разделительный конденсатор одновременно является конденсатором резистивно-емкостной цепи.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что дискретно управляемый резистор выполнен в виде N параллельно соединенных цепей, каждая из которых содержит транзистор, с первым резистором в коллекторной цепи, второй резистор, включенный

параллельно эмиттерному переходу транзи-3. Устройство по п.2, отличающеестора, и третий резистор, один вывод кото-с я тем, что в каждой из N параллельно

рого подключен к базе транзистора, асоединенных цепей параллельно второму

другой вывод является входом управляюще-резистору включен дополнительный конго сигнала 5 денсатор,

S

/E/ifrw/r ff/ti/e}

Вход

вход

Шит управления

8шод

f/ifffu/ng/tt/e)

о

6 Шма управления Выход

Использование, радиотехника радиолокации. Сущность изобретения: устройство временной регулировки усиления содержит входной повторитель напряжения, рези- стивно-емкостную цепь, управляемый делитель напряжения и усилитель. Устройство обеспечивает повышение быстродействия при переходе с одного закона управления на другой, 2 з.п. ф-лы, 3 ил

U,

V

О