Описание систем РАдиоавтоматики

2.1.Система частотной автоподстройки (ЧАП)

 

2.1.1 Функциональная схема

 

Система ЧАП используется в супергетеродинных приемниках для автоматической подстройки частоты гетеродина с целью обеспечения заданного значения промежуточной частоты, в качестве узкополосных перестраиваемых по частоте фильтров, демодуляторов ЧМ колебаний с обратной связъю по частоте и т.д.

Работу системы ЧАП рассмотрим на примере ее применения для стабилизации промежуточной частоты в супергетеродинном приемнике (рис. 2.1).

 

 

 

Рис. 2.1. Функциональная схема системы ЧАП: ЧД – частотный дискриминатор; Гетерод. – гетеродин (подстраиваемый генератор)

 

С помощью смесителя формируется промежуточная частота ω_пр как разность частот входного сигнала и подстраиваемого генератора (гетеродина)_. Ее номинальное значение постоянное. УПЧ, имеющий избирательную систему, настроенную на номинальное значение промежуточной частоты, усиливает этот сигнал. Далее сигнал подается на ЧД, измеряющий разность между текущим значением ω_пр и ее номинальным значением ω_{пр0 ,} на которое он настроен, и формирует напряжение, пропорциональное измеренной разности. Сигнал ошибки через ФНЧ воздействует на контур ПГ и изменяет его частоту. В результате этого ошибка уменьшается. ФНЧ сглаживает высокочастотные составляющие сигнала и помехи.

Одновременно такую систему можно рассматривать как узкополосный перестраиваемый по частоте фильтр (так как параметры ФНЧ подбирают так, чтобы система следила за медленными уходами частоты).

Систему можно использовать также как демодулятор ЧМ колебаний, при этом полученный сигнал можно снимать с выхода ПГ. В частности это может быть использовано в доплеровских системах автоматического измерения скорости.

 

2.1.2. Элементы системы и их математическое описание. Структурная схема

 

 

Будем иметь в виду, что смеситель (СМ), УПЧ и ЧД являются безинерционными по сравнению с ФНЧ.

С помощью смесителя формируется промежуточная частота

ω_пр= ω_с – ω_г; (2.1)

Так как УПЧ безынерционный, он на частоту не влияет.

Отклонение промежуточной частоты от ее номинального значения:

Δω= ω_пр – ω_пр0, (2.2)

где ω_пр – текущее значение, ω_пр0 – номинальное значение.

В качестве ЧД используется дискриминатор с расстроенными контурами и другие типы дискриминаторов.

Напряжение на выходе дискриминатора можно представить в виде суммы его среднего значения и центрированной случайной составляющей:

 

U_д(t)=M[U_д(t)] + ξ(t,Ω) = F(Ω) + ξ(t,Ω), (2.3)

где M[U_д(t)] – математическое ожидание; ξ(t,Ω) – флюктуационная составляющая; F(Ω)=M[U_д(t)] – дискриминационная характеристика (ДХ); Ω – частотная расстройка. равная

, (2.4)

где – переходная частота дискриминатора (центральная частота, на кото рую настроен дискриминатор).

Дискриминационная характеристика – зависимость математического ожидания напряжения на выходе дискриминатора от частотной расстройки.

Дискриминационная характеристика F(Ω) представлена на рис. 2.2.

 

Рис. 2.2. Дискриминационная характеристика

 

Форма F(Ω) определяется отношением сигнал/помеха (с/п), схемной реализацией, полосой пропускания в цепях, предшествующих дискриминатору и другими факторами.

Дискриминатор настраивается на номинальное значение промежуточной частоты ω_п = ω_пр0, но из-за воздействия дестабилизирующих факторов появляется ошибка, и в этом случае можно записать:

 

ω_п = ω_пр0 + dω_п, (2.5)

dω_п – нестабильность переходной частоты дискриминатора.

Учитывая (2.2), (2.4), (2.5)

Ω = Δω - dω_п ; (2.6)

 

 

С выхода дискриминатора напряжение поступает на ФНЧ. При реализации ФНЧ на RC-цепи уравнение, описывающее его работу,

, (2.7)

 

где Т_ф – постоянная времени фильтра; U_ф (t)- напряжение на выходе ФНЧ.

Выполнив переход , уравнение (2.7) можно записать в виде:

,

где - операторный коэффициент передачи фильтра.

Для сложных ФНЧ, используемых, например, в радиолокации W(p) можно записать следующим образом:

.

Тип фильтра определяет качественные характеристики следящих систем.

Таким образом, фильтр описывается операторным коэффициентом передачи (передаточной функцией) – W(р).

С выхода фильтра напряжение подается на вход подстраиваемого генератора. Чтобы напряжение влияло на частоту генератора, в генераторе используется реактивный элемент, изменяющий свои параметры под воздействием управляющего напряжения. Таким реактивным элементом может быть варикап. Упрощенная схема включения варикапа представлена на рис.2.3

Рис. 2.3. Схема включения варикапа

 

Делитель R _1, R ₂ обеспечивает обратное смещение на варикапе как при положительном, так и при отрицательном напряжении на входе;

С ₁, С ₂ – блокировочные конденсаторы; R ₃ – нагрузка; LC – контур генератора.

 

Частота на выходе генератора равна:

, (2.8)

где – крутизна регулировочной характеристики;

– собственная частота генератора.

при U_ф = 0;

Регулировочная характеристика – зависимость частоты генератора от управляющего напряжения (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Регулировочная характеристика генератора

 

, (2.9)

где - нестабильность собственной частоты генератора;

, - номинальные значения частоты входного сигнала и промежуточной частоты.

Уравнения (2.1-2.9) определяют математическую модель системы ЧАП. Ее можно представить в виде структурной схемы (рис. 2.5). Под ней мы будем понимать схему, каждое звено которой определяет соответствующую математическую операцию.

Рис.2.5. Структурная схема системы ЧАП

 

Схему можно упростить, если вместо ω_гс и ω_г использовать отклонения от номинального значения:

;

.

При условии, что = 0, схема может быть представлена в следующем виде (рис. 2.6):

Рис. 2.6. Упрощенная структурная схема

 

При работе системы на линейном участке (ошибка слежения мала) дискриминационную характеристику можно описать линейной зависимостью

,

где (при Ω = 0) – крутизна дискриминационной характеристики

Рассмотренная схема обеспечивает слежение в установившимся режиме с точностью до частоты. При этом информация о фазе теряется.

 

2.2. Система фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ)

 

2.2.1. Функциональная схема

 

Система ФАПЧ используется для восстановления колебаний с несущей частотой в системах передачи информации с одной боковой полосой, с подавленной несущей, в системах, использующих фазомодулированные колебания, в качестве узкополосного перестраиваемого по частоте фильтра, в синтезаторах частот для создания высокостабильных колебаний и т.д. – в тех случаях, когда необходимо восстановить принимаемое колебание с точностью до фазы.

Функциональная схема приведена на рис. 2.7.

 

 

Рис. 2.7. Система ФАПЧ. Функциональная схема

 

На вход фазового дискриминатора (ФД) подется входное напряжение и напряжение, поступающее с опорного генератора. Фазовый дискриминатор определяет рассогласование по фазе, и пропорционально его величине и знаку вырабатывает напряжение, которое поступает на ФНЧ. Фильтр сглаживает этот процесс, и напряжение с выхода фильтра воздействует на контур ПГ. В результате этого происходит изменение частоты генератора. Но так как ,то изменяется и фаза. Это изменение приводит к уменьшению фазового рассогласования.

2.2.2. Математическое описание работы системы. Структурная схема

 

На вход системы ФАПЧ поступает напряжение

 

Пусть

, (2.10)

где

; (2.11)

– фаза сигнала; – начальная фаза сигнала.

Напряжение на выходе подстраиваемого генератора:

(2.12)

Фазовый дискриминатор определяет разность фаз

(2.13)

Если качестве фазового дискриминатора использован перемножитель сигналов, напряжение на выходе фазового дискриминатора равно:

(2.14)

В общем случае напряжение на выходе ФД можно представить выражением:

(2.15)

- дискриминационная характеристика (рис. 2.8); ξ (t) - флюктуационная составляющая.

 

Если в системе нет ограничения, то ξ не зависит от φ.

При нулевой расстройке разность фаз φ между входным и опорным сигналами составляет и автоматически устанавливается в системе.

Рис. 2.8. Дискриминационная характеристика

 

 

Если бы входной и опорный сигналы описывались одинаковыми функциями – и или и , то в результатом перемножения была бы четная функция cosφ, и при нулевой расстройке присутствовало бы управляющее напряжение, изменяющее фазу опорного сигнала на .

 

(2.16)

Сигнал с ФД поступает на ФНЧ с операторным коэффициентом передачи W(p), затем воздействует на контур генератора и изменяет его частоту. Работа генератора описывается тем же уравнением, что и для системы ЧАП.

На основании уравнений (2.10 ─ 2.16) может быть составлена структурная схема (рис. 2.9).

 

Рис. 2.9. Структурная схема ФАПЧ

 

С помощью интегратора обеспечивается операция перехода от частоты к фазе.

Эта схема обеспечивает, в отличие от системы ЧАП, слежение с точностью до фазы, т.е. частотная ошибка в стационарном режиме в среднем равна нулю.

В качестве примера применения системы ФАПЧ рассмотрим схему, осуществляющую амплитудное синхронное детектирование (рис. 2.9).

 

 

 

Рис. 2.9. Схема ФАПЧ в составе амплитудного синхронного детектора

 

 

2.3. Система слежения за временным положением импульсного сигнала

 

2.3.1. Функциональная схема

 

Система слежения за временным положением импульсного сигнала

используется в импульсных радиолокационных системах и системах передачи информации, использующих импульсные сигналы.

Работу системы рассмотрим на примере ее применения в качестве следящего автодальномера импульсной РЛС. Функциональная схема части приемника РЛС представлена на рис. 2.10.

Рис. 2.10. Схема следящего автодальномера:

АСД – система автоматического слежения по дальности (следящий автодальномер); ВД – временной дискриминатор;УРЗ – устройство регулируемой задержки; ГСИ – генератор следящих импульсов; Г – гетеродин; АД – амплитудный детектор; ВУ – видеоусилитель.

 

Рис.2.11. Временные диаграммы

 

Смеситель, гетеродин, УПЧ, АД, ВУ составляют часть схемы супергетеродинного приемника радиолокационной станции. В этих цепях осуществляется преобразование, усиление и детектирование сигнала. В результате на выходе ВУ формируется огибающая отраженного от цели импульсного радиосигнала (рис. 2.11- 1). ГСИ вырабатывает стробирующий импульс (рис.2.11-4) и два опорных импульса (рис. 2.11-2,3), совмещенные фронтом и срезом; таким образом, эти импульсы образуют общий фронт.

Селекторный импульс 4, связанный с импульсами 2 и 3 по временному положению, открывает приемник только в момент прихода отраженного радиосигнала. В оставшееся время приемник заперт. Это предотвращает проникновение помех при отсутствии на входе радиосигнала. Открывать и закрывать приемник желательно во входных широкополосных цепях, где мала длительность переходных процессов. Таким образом, селекторный импульс совмещен по длительности с импульсами 2 и 3, и в режиме слежения совмещен с отраженным радиосигналом. При этом общий фронт импульсов 2 и 3 должен быть совмещен с центром импульса 1. Величина Δτ – ошибка слежения, возникающая при несовпадении фронтов импульсов 2 и 3.

Следящая система функционирует следующим образом.

На вход ВД поступает импульс 1 и опорные импульсы 2 и 3. ВД определяет рассогласование Δτ между общим фронтом импульсов 2 и 3 и центром импульса 1 и вырабатывает напряжение, пропорциональное величине и знаку измеренного рассогласования. Напряжение с выхода ВД, пройдя через ФНЧ, поступает на управляющий вход УРЗ. На сигнальный вход УРЗ подается опорная импульсная последовательность. Под воздействием управляющего напряжения опорная импульсная последовательность задерживается пропорционально управляющему напряжению. Далее опорная последовательность используется для запуска ГСИ, формирующего следящие импульсы и стробирующий импульс. Таким образом, временное положение импульсов 2, 3 и 4 зависит от величины напряжения, поступающего с выхода ФНЧ. Под воздействием этого напряжения импульсы 2, 3 и 4 смещаются по временной оси так, что первоначальная ошибка Δτ уменьшается. Опорная импульсная последовательность связана по временному положению с зондирующим сигналом передатчика.

Для обеспечения такого режима необходимо произвести начальный ввод в синхронизм, чтобы совместить временное положение отраженного и опорного сигналов. Эта операция производится с помощью схемы поиска, которая не изображена на рис. 2.10.

Функциональная схема временного дискриминатора приведена на рис. 2.12.

Рис. 2.12. Функциональная схема временного дискриминатора:

Кс – каскады совпадений; D1,D2 – детекторы

 

На вход подается импульс 1 (рис. 2.13), на другие входы подаются опорные (следящие) импульсы 2 и 3. Кс1 и Кс2 определяют степень совпадения (перекрытия) входного и опорных импульсов. В результате через Кс проходит только часть входного напряжения,

 

Рис.2.13. Временные диаграммы работы временного дискриминатора

 

совпадающая по времени со следящим импульсом. Эта часть показана на диаграмме 4 и 5 (рис. 2.13). Далее напряжение поступает на детекторы, выполняющие роль интеграторов. Перед приходом сигнала на вход ВД детекторы D₁ и D₂ сбрасываются (разряжаются) импульсом 9. Напряжение с выходов детекторов с разными знаками подается на сумматор (вычитающее устройство). На выходе вычитающего устройства формируется напряжение, пропорциональное по величине и знаку величине ошибки Δτ, которое через ФНЧ, подается на вход устройства регулируемой задержки.

 

2.3.2. Математическое описание. Структурная схема системы слежения за временным положением

Ошибка слежения определяется выражением

,

где – временное положение отраженного импульса на входе следящей системы; – временное положение следящего (опорного) импульса

( и измерены относительно опорного сигнала)

На вход дискриминатора подается импульсная последовательность, но так как полоса пропускания следящей системы намного уже частоты следования импульсов, анализ можно проводить как для непрерывных процессов. Напряжение на выходе дискриминатора, усредненное за период повторения импульсов, может быть представлено в виде:

где ─ флюктуационная составляющая;

= ─ дискриминационная характеристика, определяемая как зависимость среднего значения напряжения на выходе дискриминатора от рассогласования (ошибки слежения).

Форма этой характеристики определяется формой входного сигнала, полосой пропускания УПЧ, отношением сигнал-помеха на входе приемника, наличием флюктуаций сигнала и другими факторами.

При прямоугольных опорных и зондирующих сигналах дискриминационная характеристика имеет треугольную форму следующего вида (рис. 2.14) и формируется как разность двух взаимокорреляционных функций входного и опорного сигналов (рис.2.15).

Рис. 2.14. Дискриминационная характеристика

 

Рис. 2.15

 

Здесь длительность зондирующего импульса, равна длительности следящего импульса. Существует системы, в которых используется принцип укороченного строба. В этом случае опорные сигналы представляют собой короткие δ-импульсы (рис.2.16). При этом дискриминационная характеристика имеет вид характеристики релейного типа. Это в основном используется в цифровой технике, в аналоговой технике трудно обеспечить достаточное усиление.

 

Рис. 2.16

 

Напряжение с дискриминатора поступает на ФНЧ с операторным коэффициентом передачи . Напряжение на выходе ФНЧ может быть представлено в виде:

,

где .

Далее это напряжение подается на вход устройства регулируемой задержки, на выходе которого получаем:

,

где S_p – крутизна регулировочной характеристики устройства регулируемой задержки.

при U_ф = 0;

- величина задержки опорного сигнала при нулевом напряжении на управляющем входе устройства регулируемой задержки.

На основании полученных уравнений можем построить следующую структурную схему (рис.2.17).

Рис. 2.17. Структурная схема системы слежения за временным положением импульсного сигнала

 

Нетрудно показать, что напряжение на выходе ФНЧ пропорционально расстоянию до зондируемого объекта (цели), то есть рассмотренная схема выполняет функцию следящего автодальномера.

В режиме слежения цели величина ошибки слежения Δτ близка к нулю, тогда:

где τ₀ – задержка зондирующего сигнала передатчика относительно опорного сигнала;

D – расстояние до цели;

с – скорость распространения радиоволн;

- задержка сигнала при распространении к цели и обратно.

, т.е. ;

тогда

.

Таким образом, при известных значениях величин τ₀,τ_сл0 и Sp напряжение U_ф – пропорционально дальности цели.

 

2.4. Система слежения за направлением прихода радиосигнала

(Угломерная следящая система)

 

Угломерные следящие системы используются в системах радионавигации, радиоуправления для слежения за угловым положением источника излучаемого или отраженного радиосигнала.

Функциональная схема системы имеет вид (рис.2.18):

Рис. 2.17. Функциональная схема угломерной следящей системы:

Пр-к – приемник; ФНЧ – фильтр нижних частот; У – Усилитель; ИУ – исполнительное устройство

 

С помощью антенной системы формируются парциальные диаграммы направленности. РСН ─ равносигнальное направление; сигнал, принимаемый с этого направления двумя антеннами, имеет одинаковую интенсивность.

Местоположение источника излучения (цели) определяется двумя координатами: азимутом и углом места.

С помощью пеленгатора определяется рассогласование по углу между направлением на цель и РСН, и на выходе приемника формируется напряжение, пропорциональное величине и знаку этого рассогласования. Это напряжение, пройдя ФНЧ, который сглаживает высокочастотные составляющие, усиливается с помощью усилителя У и подается на исполнительное устройство. ИУ воздействует на антенную систему, в результате чего РСН изменяет свое положение в пространстве, уменьшая первоначальную ошибку. В качестве исполнительных устройств используются электромеханические, электронные и гироскопические ИУ.

Проведем математическое описание и составим структурную схему для слежения по одной координате. Обозначим:

–угловое положение источника радиосигнала относительно опорного направления;

– угловое положение антенны (равносигнального направления);

Тогда ошибка слежения

= ─ . (2.17)

Напряжение на выходе пеленгатора:

(2.18)

где ; (2.19)

F () – зависимость среднего значения напряжения на выходе пеленгатора от ошибки слежения (пеленгационная характеристика).

Будем полагать, что пеленгатор безынерционен.

Работу ФНЧ можно описать дифференциальным уравнением в сокращенной форме

. (2.20)

Далее сигнал поступает на безинерционный усилитель У, а затем на исполнительное устройство. При использовании электромеханического ИУ (электродвигателя) его операторный коэффициент передачи определяется выражением

где К – крутизна зависимости угловой скорости вращения антенны в установившемся режиме от величины управляющего напряжения ; ─ электромеханическая постоянная двигателя.

Исполнительное устройство в первом приближении можно считать линейным и описать уравнением

. (2.21)

На основании формул (2.17) – (2.21) построим структурную схему (рис.2.19).

 

Рис. 2.19. Структурная схема угломерной следящей системы

 

На практике находят применение пеленгаторы с последовательным и одновременным сравнением сигналов. К первому типу относятся пеленгаторы, использующие принцип конического сканирования и переключения диаграммы направленности. Ко второму типу – моноимпульсные, формирующие четыре парциальные диаграммы направленности (по две в каждой из плоскостей).

Принцип конического сканирования: ось диаграммы направленности смещена относительно оси вращения и таким образом диаграмма направленности образует конус. Его медиана является равносигнальным направлением (РСН). При этом огибающая принимаемого радиосигнала приобретает амплитудную модуляцию с частотой, равной частоте вращения антенны. Амплитуда огибающей определяет величину угла отклонения РСН от направления на цель, а фаза – направление отклонения.

 

 

2.5. Обобщенные функциональная и структурная схемы радиотехнических следящих систем

 

Изучение основных типов систем позволяет определить общие функции и реализующие их функциональные узлы во всех рассмотренных выше системах и составить обобщенные функциональную и структурную схемы.

Обобщенная функциональная схема приведена на рис. 2.20 и состоит из дискриминатора Дис., фильтра, опорного (подстраиваемого) генератора ОГ.

 

Рис.2.20. Обобщенная структурная схема радиотехнической следящей системы

 

На вход поступает смесь сигнала и шума

 

.

Одним из параметров сигнала является задающее воздействие λ(t).

ОГ генерирует сигнал, одним из параметров которого является оценка отслеживающего параметра. Выходной сигнал ОГ зависит от назначения системы.

В результате нелинейного преобразования входного и опорного сигналов в дискриминаторе формируется напряжение, пропорциональное разности

,

где λ – задающее воздействие; y – управляемая величина.

Напряжение на выходе дискриминатора:

,

где F(x) – зависимость среднего значения напряжения на выходе дискриминатора от ошибки слежения, называемая дискриминационной характеристикой; ξ(t, x) – флюктуационная составляющая (результат нелинейного преобразования опорного и входного сигналов в дискриминаторе).

Форма дискриминационной характеристики приведена на рис. 2.21.

 

Рис.2.21. Дискриминационная характеристика

 

При малых значениях ошибки слежения х дискриминационная характеристика может быть аппроксимирована линейной зависимостью:

 

,

где

 

при х =0.

S_д – крутизна, которая зависит от типа дискриминатора, отношения сигнал/шум и других факторов.

 

,

где Р_с – мощность сигнала; σ²_ш – дисперсия шума.

.

Крутизна дискриминационной характеристики зависит от амплитуды сигнала. Для исключения этой зависимости на входе производят ограничение либо автоматическую регулировку усиления (АРУ). Дискриминационная характеристика имеет ограниченный раствор по оси х. Если ошибка превышает граничную, обратная связь размыкается и система выходит из режима слежения (). Для ввода в синхронизм используется устройство ввода, обеспечивающее .

Фильтр осуществляет сглаживание высокочастотных составляющих. Он может содержать интегрирующие звенья, его передаточная функция определяет качественные характеристики системы.

Обобщенная структурная схема приведена на рис. 2.22.

Рис. 2.21. Структурная схема радиотехнической следящей системы

 

Математический эквивалент дискриминатора включает элемент сравнения, нелинейное безинерционное звено F(x) и сумматор.

Звено W(p) определяется передаточной функцией опорного генератора и фильтра.

Характеристики составляющей шума ξ(t, x) зависят от параметров дискриминатора и предшествующих цепей, отношения сигнал/шум, метода нормировки сигнала и шума по амплитуде, характера амплитудных флюктуаций сигнала.

Изменение ошибки во времени описывается нелинейным стохастическим дифференциальным уравнением

 

х(t) + W(p)F(x) + ξ(t,x) - λ(t) = 0.

Нелинейность уравнения определяется нелинейностью функции F(x) и нелинейной зависимостью характеристик процесса ξ(t,x) от ошибки слежения х. Стохастичность – наличием случайного процесса ξ(t,x) и случайной составляющей задающего воздействия λ(t).

Если напряжение флюктуационной составляющей имеет равномерную спектральную плотность в полосе, значительно превышающей полосу пропускания следующих за дискриминатором цепей, шумξ(t,x) можно считать белым и характеризовать его величиной спектральной плотности на нулевой частоте S ξ(w,x) = S ξ(o,x), в общем случае зависящей от ошибки слежения. Зависимость спектральной плотности флюктуационной составляющей от ошибки слежения называется флюктуационной характеристикой дискриминатора.

Эквивалент дискриминатора можно существенно упростить при условии малости ошибки слежения х. При малой ошибке слежения дискриминационная характеристика линейна, а спектральную плотность флюктуационной составляющей можно принять с достаточным приближением не зависящей от ошибки слежения, то есть S ξ(о,x) = S ξ(x), ξ(t,x) = ξ(t). В этом случае следящая система описывается линейным дифференциальным уравнением с постоянными коэффициентами, что упрощает ее анализ.

 

2.6. Системы автоматической регулировки усиления (АРУ)

 

Системы автоматической регулировки усиления предназначены для стабилизации уровня выходного сигнала усилителя. Необходимость в АРУ обусловлена значительным динамическим диапазоном сигнала на входе приемника (60…100дБ), что без принятия мер по стабилизации уровня сигнала привело бы к перегрузке каскадов приемника и искажению полезной амплитудной модуляции сигнала. Если на вход системы слежения поступает сигнал с таким динамическим диапазоном, то это приведет к увеличению коэффициента усиления контура и может служить причиной нарушения устойчивости.

Таким образом, система АРУ необходима для расширения динамического диапазона, чтобы избежать перегрузки каскадов и искажения амплитудной модуляции и обеспечить устойчивость следящей системы.

В качестве примера рассмотрим построение схемы АРУ с управлением по рассогласованию (рис. 2.23).

 

Рис.2.23. Функциональная схема АРУ

 

Выходное напряжение регулируемого усилителя РУ детектируется (Дет.) и через фильтр нижних частот ФНЧ поступает на РУ в виде регулирующего напряжения U_p, которое изменяет крутизну усиления активного элемента, шунтирует нагрузку или управляет аттенюатором, в конечном итоге уменьшая уровень выходного сигнала РУ при его увеличении и увеличивая при уменьшении.

Например, при использовании транзистора в качестве активного элемента U_p подается на базу транзистора (рис. 2.24) и, изменяя его крутизну (прямую проводимость), изменяет коэффициент усиления.

Напряжение задержки U_зад используется для того, что бы повысить уровень стабилизируемого напряжения (рис. 2.25).

 

Рис.2.24

Рис.2.25. Зависимость выходного напряжения от входного :

1 – АРУ отсутствует; 2 ─ U_з = 0; 3 – U_з

 

АРУ начинает работать при превышении входным сигналом напряжения U₁ порогового напряжения (U_ПОР). Вариант построения детектора АРУ с задержкой приведен на рис. 2.26.

Рис.2.26. Схема детектора АРУ с задержкой

 

С помощью делителя R ₁ R ₂ формируется за напряжение U_зад, поступающее на детектор Д.

Для исследования характеристик АРУ найдем уравнения, описывающие работу функциональных узлов системы, и составим структурную схему. Зависимость коэффициента усиления усилителя от регулирующего напряжения:

, (2.22)

где k₀ – величина коэффициента усиления при нулевом значении напряжения регулирования;

─ крутизна регулировочной характеристики;

(2.23)

, (2.24)

где k_д – коэффициент передачи детектора.

Первое условие выражения (2.24) выполняется при , второе – при .

ФНЧ характеризуется своей передаточной функцией, поэтому напряжение на выходе ФНЧ определяется выражением:

. (2.25)

По полученным уравнениям можно построить структурную схему (рис. 2.27).

 

 

Рис. 2.27. Структурная схема АРУ

 

Здесь

 

Система АРУ является нелинейной системой с переменными параметрами, что делает сложной задачей ее анализ. При оценке отдельных качественных характеристик производят соответствующие упрощения.