Расчет систем АРУ при изменении режима работы транзистора.

В простых и задержанных АРУ наибольшее распространение получила регулировка за счет изменения напряжения база-эмиттер, так как в этом случае требуется сравнительно малое регулирующее напряжение и мощность регулятора. Поэтому, как правило, необходимо характеристики регулировки получаются без дополнительных усилителей регулирующего напряжения. В системах усиленной АРУ иногда применяют регулировку усиления изменением напряжения коллектора – эмиттер, а чтобы получать достаточную глубину регулирования и относительно малое регулирующие напряжения, рабочую точку регулируемого каскада берут при понижении напряжения (не более 2 – 3 В).

Общая глубина регулирования Г, т.е. наибольшее необходимое изменение усиления приёмника системой АРУ, согласно обозначениям, принятым в таблицу 1, определяется первенством.

Класс приемника	Высший	I	II	III	IV
Глубина автоматической регулировки
	2,5		3,16
Глубина ручной регулировки

Таблица 1

(1)

Глубина регулирования одного каскада (2) определяется изменением коллекторного тока транзистора, от которого зависит проводимость прямой передачи под воздействием регулирующего напряжения: (3)

Минимальный коллекторный ток должен в 85-100 раз превышать обратный ток, а максимальный обычно берут не более 2-3 мА, так как при больших токах глубина регулирования мало увеличивается из-за чрезмерно больших значений проводимостей транзисторов, снижающих максимальное усиление каскада. А мощность питания регулируемых каскадов возрастает.

Сопротивление фильтра АРУ определяется неравенством (4) в котором –входная проводимость транзистора при нулевом управляющем напряжении, т.е. при

Для обеспечения требуемой глубины регулирования сопротивление эмиттерного резистора вычисляют по неравенству [5], где (5) (6) – коэффициент передачи тока транзистора; (7) - коэффициент управления коллекторного тока. Здесь – максимальная амплитуда входного напряжения выпрямителя АРУ; (8) –коэффициент передачи цепи управления и – управляющее напряжение, подводимое непосредственно к управляемым каскадам.

Емкость фильтра АРУ вычисляется по неравенству (9)

Глубина регулирования усиления каскадов определяется формулами, приведенными в таблице 2. Если усиление предыдущего каскада воздействию регулируемого каскада не подвергается, то он не влияет на глубину регулирования последующего каскада и (22)

Таблица 2

Когда усиление последующего и предыдущего каскадов регулируется, то глубина регулирования рассматриваемого каскада определяется равенством (23) а если усиление последующего каскада не регулируется, то (24)

Коэффициент усиления высокочастотного тракта приемника, с выхода которого подводится сигнал на вход выпрямителя АРУ, можно записать уравнениями: (25)

Задаваясь различными значениями удовлетворяющими параметру АРУ B из таблицы 1 и уравнению (1), можно найти глубину регулирования каждого каскада. При этом для определения значения параметра q, соответствующего новому значению используется равенство (26)

По полученным значениям определяют коэффициенты усиления этих каскадов (27)

Подставляя эти значения в (25), находим а по его значению и напряжению - соответствующий им входной сигнал приемника После этого строят амплитудную характеристику приемника как зависимость . При этом наибольшее значение напряжения не следует брать более 2-3 В. При больших амплитудах входной сигнал последнего каскада усилителя промежуточной частоты может оказаться более 0,1 В, что увеличит нелинейные искажения сигнала.

Простая АРУ. Рассмотрим особенности выбора элементов простой системы АРУ на примере.

Пример 1. Рассчитать параметры простой АРУ, если в переносном приемнике ( регулируется усиление двух каскадов УПЧ. В предшествующем им каскаде селективной системой служит ФСС. Усиление нерегулируемых каскадов высокочастотного тракта равно 3. Диод выпрямителя АРУ типа Д9В.

Принимаем и по формуле (3) получаем и в первом приближении прямо пропорциональны , а емкость мало зависит от него. Поэтому для максимального коллекторного тока принимаем:

Минимальная полоса пропускания каскадов будет при максимальном регулирующем напряжении, и для него следует выбирать коэффициенты включения. В этом случае получаем (для нулевого управляющего напряжения Вычисляем Принимая, и находим необходимую проводимость на выходе транзистора Необходимо добавить шунтирующую проводимость чему соответствует Принимая Затухание контура с шунтом получается Потом находим При этих коэффициентах для максимального регулирующего напряжения будет иметь и минимальный коэффициент усиления каскада что больше устойчивого. Поэтому снизим второй коэффициент включения до значения Для обеспечения необходимого эквивалентного затухания при максимальном регулирующем напряжении к контуру должна подключаться шунтирующая проводимость чему соответствует

Принулевом управляющем напряжении получим и При различных эквивалентных проводимостях контуров следует подставлять их среднеквадратичное значение [4], т.е. что в 1,6 раза больше устойчивого. Поэтому снизим второй коэффициент включения до значения При этом потребуется Произведя расчеты, аналогичные сделанным, получим а усиление каскада при максимальном и нулевом управляющем напряжениях будет 16,3 и 98. Максимальному усилению соответствует что допустимо. Поэтому окончательно принимаем и

Получаем Выбираем Принимаем резистор сопротивлением 12 кОм. Емкость конденсатора фильтра Берем конденсатор емкостью 5 мкФ.

Полагаем Коэффициент передачи цепи управления простой АРУ практически равен выпрямителя АРУ. Примем его равным 0,8. Коэффициент управления вычисляем по (7)

Сопротивление эмиттерного резистора согласно неравенству (5) Выбираем резистор сопротивлением 560 Ом. Остальные элементы схемы питания транзистора рассчитывались во многих примерах и здесь опущены. Перед первым регулируемым каскадом стоит ФСС и изменение параметров первого регулируемого каскада не меняет усиления предыдущего каскада. Поэтому согласно (23) и (17) получаем для первого каскада Для второго каскада с учетом (24),(18) и (16) имеем По формуле (2) минимальное усиление каскадов будет и Для принятого из (25) получаем Результаты аналогичных расчетов для других значений напряжения приведены в таблице 3. Кривая на рисунке 1 изображает амплитудную характеристику высокочастотного тракта приемника с простой АРУ. Сравнение данных таблиц 1 и 3 показывает, что рассчитанная система простой АРУ удовлетворяет требованиям к приемникам I – IVклассов.

Таблица 3

Система Ару			1,75	1,5	1,1		0,75	0,5
Простая
Задержанная								17,3
Задержанная и усиленная	мкВ	-	-	-				17,3
Задержанная с диодом	мкВ	-	-

Задержанная АРУ. Вариантов построения схем задержанной АРУ достаточно много. В некоторых приемниках II-IVклассов в качестве выпрямителя АРУ используются диодный детектор приемника. Подведение к нему небольшого напряжения задержки (около 0,3-0,4 В) не приводит к существенному увеличению нелинейных искажений и позволяет исключить применение отдельной катушки связи и диода из схемы приемника. Однако в приемниках Iи высшего классов для системы АРУ применяется отдельный выпрямитель. Один из вариантов такой схемы, обладающей рядом преимуществ, показан на рисунке 2. Диод используется в схеме детектора приемника. К нему подводится от катушки связи выходное напряжение УПЧ. Диод работает в качестве выпрямителя АРУ. К нему подводится напряжение промежуточной частоты . При одинаковых параметрах и получается Напряжение задержки создается на резисторе Подбирая его значение, можно получить требуемое напряжение задержки (28)

Достоинством такого способа получения является то, что при увеличении сигнала и управляющего напряжения уменьшается ток коллектора транзистора, а значит. И напряжении задержки, что повышает управляющее напряжение и глубину регулирования каскада.

При стабильном напряжении с ростом управляющего напряжения уменьшается падение напряжения на эмиттерном резисторе, а это способствует увелечению усиления каскада и противодействует работе системы АРУ.

Рисунок 3

Управляющее напряжение в данной схеме определяется уравнение (29)

Если то в цепи диода ток не протекает и управляющее напряжение будет равно нулю.

Требуемый в данной схеме коэффициент управления определяется формулой (30)

При замене (8) на (29) формула для определения параметра qв зависимости от напряжения записывается так: (31)

Из этого выражения следует, что при получается Согласно (3) это может быть лишь при А это означает, что система АРУ при таких значениях должна закрыть транзистор регулируемого каскада. В этом случае сигнал на вход выпрямителя АРУ не должен поступать и управляющего напряжения не должно быть. При таком условии ток транзистора должен быть максимальным. Данное несоответствие является результатом того, что вывод формулы (30) производится с определенными допущениями, которые позволяют вести расчеты лишь для Если напряжение задержки постоянно, то в (30) следует вместо

Расчет амплитудной характеристики аналогичен расчету для простой АРУ, но начинают ее с минимального значения сигнала (33) Увеличенная ступенями до значений, примерно равных (0,8-0,9)

Пример 2. Рассчитать систему задержанной Ару по исходным данным примера 1 так, чтобы она удовлетворяла требования к переносному приемнику Iкласса.

По (32) находим Возьмем Согласно таблицы 1 для приемников I класса . На основании (33) находим По (28) должно быть Следовательно,

При система АРУ еще не работает, и согласно (25) Возьмем Для него согласно (31) Этому соответствует согласно (23) и (17) а в соответствии с (16) Из (27) находим и По (25) вычисляем Результаты аналогичных расчетов для других значений напряжения приведенным в таблице 3. А кривая 2 на рисунке 1 изображает амплитудную характеристику приемника с задержанной АРУ. Анализ этой кривой показывает, что действие АРУ удовлетворяет требованиям к приемникам I-IVклассов.

Усиленная и задержанная АРУ. В такой АРУ регулирующее напряжение, получающее на выходе выпрямителя АРУ, усиливается в раз усилием постоянного тока, т.е. (34)

Рисунок 4

Требуемый коэффициент управления, параметр в данном случае рассчитываются по формулам (30) – (32)при добавлении к множителя Для добавочного усилителя системы АРУ обычно используется один из транзисторов трактов низкой промежуточной частоты, что позволяет уменьшить число транзисторов в приемнике. Значение обычно берут не более 3-5. При больших значениях управляющее напряжение становится весьма большим, что приводит к работе транзисторов регулярных каскадов в режиме, близком к запиранию, и сопровождается большим уровнем нелинейных искажений. Расчет системы выполняется аналогично расчету задержанной АРУ. На рис. 11-3 приведен один из вариантов схемы, в котором дополнительный усилитель построен на транзисторе первого каскада низкочастотного тракта .При увеличении амплитуды сигнала возрастает постоянная составляющая напряжения детектора Она увеличивает коллекторный ток транзистора и отрицательный потенциал точки уменьшается, что эквивалентно увеличению на базе регулируемого каскада закрывающего управляющего напряжения. Следовательно, усиление регулируемого каскада уменьшается.

В табл. 11-3 приведены основные характеристики системы, рассчитанные по исходным данным примера 11-2 при Анализ табл. 11-3 и рис. 11-1 показывает, что при 100-кратном повышении входного сигнала и выходной сигнал изменяется для простой АРУ в 4 раза, для задержанной – в 3,9, а для задержанной и усиленной лишь в 2,1 раза.

 

Контрольные вопросы:

1. С какой целью в приемнике производится регулирование усиления?

2. Почему каскады с автоматическим регулированием усиления должны предшествовать каскадам с ручным регулированием?

3. В каких случаях ручного регулирования усиления оказывается недостаточно?

4. Какими способами можно осуществить РРУ в каскадах УВЧ?

5. Можно ли применять диодно-резистивные делители в РРУ каскадов УНЧ?

6. Можно ли применять многозвенные диодно-резистивные делители напряжения для РРУ?

7. Можно ли регулировать усиления каскада УВЧ изменением напряжения питания коллекторной цепи?

8. Определяем коэффициент трансформации

9. Рассчитываем элементы корректирующей цепи

Контрольные вопросы:

1. С какой целью в приемнике производится регулирование усиления?

2. Почему каскады с автоматическим регулированием усиления должны предшествовать каскадам с ручным регулированием?

3. В каких случаях ручного регулирования усиления оказывается недостаточно?

4. Какими способами можно осуществить РРУ в каскадах УВЧ?

5. Можно ли применять диодно-резестивные делители в РРУ каскадов УНЧ?

6. Можно ли применять многозвенные диодно-резестивные делители напряжения для РРУ

7. Можно ли регулировать усиление каскада УВЧ изменением напряжения питания коллекторной цепи?