Схемы АРУ

Автоматическая регулировка усиления (АРУ) - самая древняя из всех автоматических регулировок в БРТА. Она появилась одновременно с изобретением супергетеродинного метода приема и применялась уже в первых промышленных приемниках этого типа. Правда, на первых порах она называлась несколько иначе - автоматическая регулировка громкости (АРГ), что вполне отражало потребительскую сущность этой системы.

Дело в том, что величины сигналов, наведенных в приемной антенне от различных передающих станций, могут отличаться друг от друга в тысячи и десятки тысяч раз. И теоретически при отсутствии системы АРГ во столько же раз должен меняться и уровень громкости на выходе приемника. На самом деле это, конечно же, невозможно; если при приеме сигнала маломощной удаленной станции с напряженностью поля в точке приема в 10 мкВ радиопередача все же слышна, хоть и тихо, то при приёме мощной местной станции, создающей напряженность поля, скажем, в 1 мВ, низкочастотный сигнал на выходе приемника должен возрасти в 100 раз (это по напряжению!) или в 10 000, раз (!!!) по мощности.

Естественно, этого не происходит, а про исходит другое: сигнал мощной местной станции принимается таким приемникам с совершенно недопустимыми нелинейными искажениями.

До появления систем АРГ с этим боролись с помощью ручного регулятора громкости, пользоваться которым приводилось непрерывно при перестройке с одной станции на другую.

Идея автоматической регулировки состояла в том, чтобы поручить самому приемнику определять уровень принимаемого сигнала и в соответствии с этим либо уменьшать, либо увеличивать чувствительность приемника. А поскольку чувствительность любого приемника, как известно, напрямую зависит от общего коэффициента усиления всего тракта, то система АРГ должна была превратиться в систему АРУ, т.е. систему, автоматически регулирующую коэффициент усиления приемника при приеме станций с разным уровнем сигнала.

При поверхностном подходе к решению проблемы наиболее правильным казалось осуществлять такую регулировку в УЗЧ, поскольку регулировать предполагалось именно громкость звучания. Однако такая регулировка неизбежно привела бы к резкому уменьшению динамического диапазона, что исказило бы воспроизводимый звук не меньше, чем нелинейные искажения.

Окончательное решение свелось к введению АРУ в тракты промежуточной и высокой частот, поскольку любое изменение уровня модулированного сигнала не меняет динамический диапазон модулирующего сигнала.

Рис.2.24. Кланг-регистр;а - блок плавных регуляторов тембра; 6 - схемы фиксированных регуляторов;

в - полная схема кланг-регистра

Оставалось выбрать форму управляющего сигнала. Таким самый удобным сигналом оказалась постоянная составляющая на выходе детектора, поскольку ее величина была прямо пропорциональна амплитуде несущей модулированного сигнала, а полярность можно было выбрать любой, изменяя полярность включения детекторного диода, благо это никак не отражалось на процессе детектирования.

Известно, что крутизна характеристики транзистора напрямую зависит от величины «смещения» рабочей точки и определяет коэффициент усиления каскада, А что такое «смещение в базе»? Это по существу величина постоянного напряжения - положительного или отрицательного в зависимости от типа проводимости транзистора.

Значит, изменяя в определенных пределах величину этого постоянного напряжения, можно в соответствующих пределах изменять крутизну характеристики транзистора и, следовательно, коэффициент усиления каскада, а значит и приемника в целом.

Остальное оказалось делом техники и в результате появилась первая практическая схема АРУ которая оказалась никуда не годной. Она, правда, эффективно регулировала усиление приемника, но при этом с одинаковым удовольствием уменьшала громкости как самых мощных местных станций, так и любых другие в том числе и тех маломощных удаленных, сигналы которых и без того были едва слышны.

Потребовалось объяснить схеме, что уменьшать усиление надо избирательно - при приеме только тех станций, сигнал которых превышает некоторый определенный уровень. Это оказалось не так уж и сложно: для этого понадобилось всего лишь включить последовательно в цепь АРУ вспомогательный источник постоянного напряжения противоположной полярности. И до тех пор, пока постоянная составляющая от продетектированного сигнала оставалась меньше напряжения вспомогательного источника, система АРУ не работала, а начинала работать только тогда, когда управляющее напряжение АРУ превышало напряжение задержки.

Это дополнение сделало систему АРУ вполне работоспособной, и в таком виде она верой и правдой служила во всех приемниках на протяжении многих лет. Схема такой «простой» АРУ с задержкой приведена на рис. 2.25, а.

Однако со временем выяснилось, что ее эффективность не всегда, оказывается достаточной и в ряде случаев не обеспечивает нужного уменьшений усиления при приеме самых мощных станций. Тогда возникла идея предварительно усилить управляющий сигнал АРУ с помощью усилителя постоянного тока (УПТ) на дополнительном транзисторе, в результате чего появилась схема усиленной АРУ с задержкой (рис. 2.25, б). Низкочастотная составляющая продетектированного сигнала через фильтр-делитель R7R9С4 и разделительный конденсатор С2 поступает на УЗЧ, а постоянная составляющая усиливается транзистором VТ6 и подводится к базе транзистора VТ4 (УПЧ) непосредственно и к базе транзистора VT1 (УВЧ) через дополнительную фильтрующую цепь R3С1. Схема обеспечивает изменение выходного сигналя но более чем в два раза (на 6 дБ) при изменении напряжения на входе приемника от 40 до 4000 мкВ (на 40 дБ).

Со временем системы АРУ непрерывно совершенствовались, «обрастая» различными дополнениями. В качестве примера приведем высокоэффективную схему с дополнительным УПТ и отдельным детектором АРУ, примененную в свое время в промышленном профессиональном радиоприемнике КРУ (рис. 2.25, в) и позволившую при охватывании системой АРУ всего двух каскадов (УВЧ и УПЧ) обеспечить изменение сигнала на выходе на 6 дБ при изменении входного сигнала на 60дБ (в 1000 раз).

Схема работает следующим образом, При отсутствии сигнала тран­зистор VТ4 (УПТ) закрыт. При появлении сигнала транзистор открывается и через резистор R8 начинает протекать дополнительный ток транзистора УПТ. Поскольку потенциал базы транзистора не меняется (он определяется только напряжением батареи GВ1), дополнительное падение напряжения в цепи эмиттера транзистора УПТ приводит к уменьшению тока через транзистор и, следовательно, к уменьшению усиления.

При изменении этого тока от 0,5 мА до нуля усиление первого каскада УПЧ изменяется в 30...40 раз. Значительная часть тока транзистора УПТ ответвляется в цепь эмиттера транзистора VТ1 (УВЧ) через диод задержки VD1, осуществляя АРУ и в этом каскадt. Глубина регулировки в этом каскаде - 50 раз по напряжению.

Рис. 2.25. Схемы АРУ в вещательных приемниках:

а - «простая» АРУ с задержкой; б - усиленная АРУ с задержкой и усилителем постоянного тока (УПТ);

в - двухкаскадная задержанная АРУ с УПТ в профессиональном промышленном приемнике КРУ

Эта схема особенно эффективна в коротковолновых приемниках, поскольку благодаря своему высокому быстродействию позволяет бороться с «федингом» - периодическими короткими замираниями приема.

Можно было бы привести еще немало других схем АРУ (например АРУ с регулировкой вперед и назад, ключевую АРУ и др.), однако и приведенной информации вполне достаточно, чтобы вы получили необходимые представления о принципах работы и схемотехнике систем АРУ.