Автоматическая регулировка усиления (ару) прм

Автоматическая регулировка усиления (АРУ) ПРМАРУ предназначена для поддержания уровня выходного сигнала ПРМ вблизи заданного значения при изменении амплитуды входного сигнала.Причины изменения амплитуды:Изменение расстояния между ПРМ и передатчиком.Изменение направления ПРМ и передающих антенн.Изменение условий распространения радио волн.Изменение отображающей поверхности (для РЛС).К(Up)^ Блок высокой частоты UвхУРЧ ПЧУПЧUвыхАРУ Up; ; -уравнение идеальной АРУ Для случая АМ-сигнала:АРУ должна реагировать только на изменения средние значения амплитуды Uср. АРУ :1) – прямые, 2) - обратные^ Блок высокой частоты УРЧ ПЧУПЧD УЧМ Uвх Uвых Uраб АРУ Ф1АРУD1АРУ Uвх ОбратнаяD1АРУ Е3Ф2АРУ Прямая Е32Обратная АРУ - точка приложения регулировочного напряже-ния находится ближе по входу ПРМ (Ир1) чем точка съема входного напряжена АРУ. Прямые АРУ наоборот.Особенности: Обратные АРУ – защищают от перегрузок систему АРУ, изменение параметров системы АРУ меньше сказывается на смещение характеристик ПРМ (т.к. есть обратная связь), но не может дать постоянства выходного напряжения. Причина - выход линейного тракта ПРМ является входом систем АРУ. Система не может обладать большой регулировкой усиления, кроме того, так как система с ОС, то она обладает ограниченным быстродействием (из-за чего система может стать неустойчивой). Прямые АРУ – позволяют обеспечить в принципе постоянное напряжение на выходе; при выходе обеспечивает высокое быстродействие, но перегрузкам подвержена сама система, поэтому надо ставить на вход свою систему усиленияБольшее распространение получили обратные АРУ.^ ВРЕМЕННЫЕ АРУ (ВАРУ) Применяются в ПРМ РЛС обнаружения и обзора земной поверхности.ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА:D U ^ Блок высокой частоты УРЧ ПЧУПЧВУ Вх UвыхГРН U p От ПРД UПРД МС ЗС t UГРН t UРmaxГРН – генератор регулирующего напряжения.ЗС – зондирующие сигналы.МС – мешающие сигналы.СЦ – сигнал цели.^ АНАЛО – ЦИФРОВАЯ АРУ U РУДДУвх UвхСУВКРСФКР ПНК Nр NэтРУ– регулируемый усилитель.ВУ – видеоусилитель.ПНК – преобразователь напряжения в код.СФКР – схема формирования кода регулирования, где он сравнивается с эталонным значением кода.СУВКР – схема усреднения и запоминания кода регулирования. В качестве РУ используются ключевые транзисторы или диоды. Достоинства АЦ АРУ по сравнению с аналоговой: высокая точность регулировки усиления; большой динамический диапазон; высокое быстродействие. Все системы АРУ делятся на: инерциальные и безинерционные. Инерционные реагируют на изменение средней амплитуды последовательности входного сигнала. UвхUсрKпрм(t) t tПропорционально Ucред. будет меняться коэффициент усиления ПРМ. Безинерционные АРУ реагируют на изменение напряжения во время длительности импульса: Uвх t Uвых Uовых uU0 вых. сonst. За время ару>и, за время и АРУ должно отработать изменение амплитуды, чтобы U0вых. const . Между импульсами АРУ разомкнуто. ^ Все системы АРУ в зависимости от типа РУ делятся на режимные и не режимные. РУUвх UвыхUр^ Пусть РУ – это резонансный усилитель. Тогда |K(jw)|=|S’||ZH’| S – крутизна активного элемента. Чтобы менять усиление нужно: менять крутизну (получаем режимную АРУ) ^ |S’|=f (Up) менять сопротивление нагрузки (получаем не режимное АРУ) |ZH’|=f (Up) ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ СИСТЕМЫ АРУ 1.Основной характеристикой является амплитудная характеристика линейного тракта приемника. UВых Без АРУ U*вых max C АРУ Uвых maxUвых min Uвх min U*вх max Uвх max Uвх Uвход.min и Uвход.max – определяют динамический диапазон ПРМ.С применением системы АРУ динамический диапазон на линейном участке существенно расширяется, т.е. ПРМ не перегружается. Uвых без АРУ идеальная с АРУ Uвх Uвх махФактически значение U вых. должно быть постоянно.Чтобы АРУ не реагировало на шумы ПРМ, применяют задержанные системы АРУ.ф ФАРУDАРУ ильтр Uр Uздетектор АРУ открывается только, когда U вход.>U3В этом случае амплитудная характеристика выглядит следующим образом:Uвых без АРУАРУ с задержкойUвх Uвх мин Uз Uвх максее преимущество в том, что она не подвержена воздействию помех или слабых сигналов; в зависимости от напряжения задержки U3 система обладает большим быстродействием - чем больше U3, тем больше быстродействие.^ ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ АРУЛюбая система АРУ включает в себя: детектор U РУДвх Uвых Uд Может Uр отсутствоватьУсил.Ф фильтрДетектор – ничем не отличается от обычных диодных детекторов, которые используются в основном тракте ПРМ. По этому часть детектор АРУ совмещают с детектором ПРМ. Фильтр АРУ – строятся на базе RC - цепей. Наиболее широко применяется однозвенный RC – фильтр. |К| АЧХ Rф фильтра Сф WB ~1 /  ф WBW Чтобы правильно выбрать параметры фильтра надо учитывать, что: W в>W max ср., где W max ср. – максимальная средняя частота входящего сигнала.Wв Подходит WB WB min maxWв этом случае происходит демодуляция, т.е. такой вариант невозможен.^ Применяются также двухзвенные фильтры: Rф1 Rф2 Cф1 Cф2 они применяются для повышения быстродействия системы АРУ.Подбирая параметры, можно сделать так, чтобы сигнал проходил в фазе. Но эта структура менее устойчива.Еще одна разновидность фильтра:здесь меньший фазовый сдвиг на верхних частотах, т.е. система по сравнению с первой схемой более устойчива. ^ РЕГУЛИРУЕМЫЙ УСИЛИТЕЛЬ (РУ)1. Режимный РУ. Uвых Rф Rз Uф Ес Сфна затвор транзистора подается регулирующее напряжение Up.Регулируя напряжение U34 меняем крутизну стоко-затворной характеристики триода, а следовательно меняем коэффициент усиления. Глубина регулировки здесь:Это АРУ не задержанная.2. РУ с изменяемой ОС (тоже режимный). V1 V2 Up EkНа V1 собрана схема резонансного усилителя, а на V2 собрана регулируемая обратная связь.Коэффициент усиления триода V2 регулируется изменением регулирующего Up.K где K – коэффициент усиления V1,а  - коэффициент усиления V2. переменное => K ос. тоже переменное.Достоинство по сравнению с первой схемой: больший динамический диапазон, а глубина регулировки тоже больше 3. Нережимный РУ (электрический управляемый аттенюатор).Если Up= 0, то диоды открыты и коэффициент усиления максимален и наоборот.Достоинство: глубина регулировки 25-30 дБ. Простота.Недостаток: большие нелинейные искажения за счет диодов. Uр Ек^ СТАТИЧЕСКИЙ РЕЖИМ (СР) РАБОТЫ АРУПри анализе СР полагают, что переходные процессы закончены и системы находятся в установившемся состоянии.СТРУКТУРНАЯ СХЕМА:K0(Uр) E зРУДUвх Uвх Кд Uр U1Усил.Ф Кус КфРУ меняет свое K0 в зависимости от UpЗадается при этом Для идеальной системы АРУ: В СР анализируем: требуемая глубина регулировки: Задается типом РУ и определяем вид регулировочной характеристики.K0К0max аппроксимируем K0 начал. =K0 max  tg=Kapy=KdKpKycК0min глубина регулировки Uр на одном усилителеДля всех каскадов: Число каскадов (округляем в большую сторону до целого числа).^ При выборе числа РУ надо учитывать:РУ должны находиться влзможно ближе к входу приемника, чтобы большее число каскадов ПРМ было защищено от перегрузок; с возрастанием числа каскадов уменьшается линия глубины регулирования требуется от каждого каскада следовательно уменьшается искажения полезного сигнала. N=2-5 – обычная.^ ДИНАМИЧНЫЙ РЕЖИМ (ДР) РАБОТЫ АРУПри анализе ДР анализируется длительность переходных процессов системы ее инерциальность (быстродействие) и ее устойчивость, чтобы оценить степень искажения полезного сигнала (его огибоющей).Анализ переходных процессов. При этом полагаем:РУ является безинерционным устройством;все инертности АРУ заключены в инерциальности ее фильтра;регулированная характеристика РУ апраксимируется прямой линией.Анализ сводится к следующему: надо найти дифференциальное уравнение этой системы и его решение. Уравнение этой прямой:K p= K (Up) = K0 начал. – pUp; К(Up)Koнач Kp=K(Up)=Koнач - pUp; P=tg - крутизна регулировочной  характеристики Up maxВыберем в качестве фильтра АРУ - однозвенный RC фильтр. Rф Up Коэффициент усиленияU1 РУ (Кус=1) CФ его как бы нетТогда -дифференциальное уравнение этой цепиНайдем связь Uвх и Uвых К0начКнр UвыхUвых= Uвх К0нр ( К0нач – РUр) Uвых> EзК0нр-Коэффициент усиления нерегулируемого усилителяНайдем отсюда UР: (из второго условия)U1- напряжение на входе фильтраU1=КАРУ(Uвых -РЕзад);КАРУкоэффициент передачи детектора КdПодставим Upи U1 в дифференциальное уравнение.Получим дифференциальное уравнение системы АРУ. - это линейное дифференциальное уравнение первого порядка. Решение этого дифференциального уравнения зависит от закона изменения входного сигнала.Для анализа переходных процессов входа сигнала это скачек, тогда решение этого уравнения:Uвх t Uвых. нач. – начальное значение выходного напряжения:Uвых. нач.=K0 нр.K0 нач. Uвход.-эквивалентный коэффициент усиления цепи АРУ,=К0нрКАРУРАРУ - постоянная времени цепи АРУ.График переходных процессов в системе АРУ: Входной сигналUвыхнач E31 убывает по exp E32Uвыхуст t При tЧем  Е3, тем  Uвых уст; Е31>E32Таким образом, быстродействие системы АРУ зависит:от величины нерегулируемых коэффициентов усиления (чем больше эта величина, тем меньше  и тем выше быстродействие);от величины коэффициента усиления цепи АРУ (чем выше KАРУ, тем больше крутизна следовательно меньше АРУ следовательно больше быстродействие);от амплитуды входного сигнала (чем больше Uвх., тем меньше , тем больше быстродействие, будет круче спадать exp.);от постоянной времени фильтра ф=СфRф (чем больше ф, тем больше АРУ следовательно, меньше быстродействие);от E (чем больше E3, тем больше инерционность АРУ). ^ Устойчивость системы АРУАнализ устойчивости нужен только для обратных АРУ.U РУвх UвыхUрУСФД Е3Причина неустойчивости: так как есть ОС, то может оказаться, что фазы Up и Uвх. совпадают, следовательно, будет генерация в системе с ОС. Неустойчивость выражается: в выходе напряжения системы будет присутствовать паразитная модуляция вплоть до генерации автоколебания.Система будет неустойчивой только при условии, что U вх. 0. .Можно проанализировать неустойчивость по критерию. Найквиста.При этом нужно разорвать цепь ОС.Тогда определяем коэффициент передачи тракта:=Uф/UВЫХ - Коэффициент передачи цепи ОС (цепи АРУ). Для устойчивости системы с ОС должно выполнятся два условия:|K| Фазовый сдвиг в системе не равен 2πn к2 πn Если какое-то одно из условий не выполняется, то генерации не будет и система будет устойчивой. Система с однозвенным фильтром почти всегда устойчива, так как второе условие не выполняется. В нем максимальный фазовый сдвиг равен 900.^ Особенности работы АРУ в приемниках импульсных сигналовАРУ делятся на инерционные и безинерционным.Инерционные системы АРУ. В таких АРУ должно выполнятся условие АРУ>>Тп, где Тп – период повторения импульсов.Тогда характеристики такой АРУ аналогичны характеристикам АРУ для непрерывных сигналов.В качестве примера рассмотрим импульсное АРУ в ПРМ РЛС, решающую задачу по дальности и угловым координатам: UВХ UВЫХUР СИ ПРД к ССУКUВХАРУ(*) E3 РУДВУ СК УПТФНЧД UВХ ЗИ СИ t UСИ n ЗАД ЗАД UВХару t