Как влияет постоянная времени на работу ару

Автоматические системы регулирования в рпу

Для обеспечения приема сигналов с широким динамическим диапазоном, а также для сохранения постоянства уровня выходного сигнала одной станции в приемнике необходимо предусмотреть регулировку усиления, которая может быть ручной (РРУ) и автоматической (АРУ). РРУ целесообразна лишь при медленных изменениях уровня сигнала, АРУ – при быстрых изменениях уровня сигнала.

В приемниках применяют одновременно обе регулировки (и РРУ и АРУ). Чем ближе расположен регулятор усиления ко входу приемника, тем больше каскадов работает без перегрузок, в линейном режиме с минимальным коэффициентом шума. Поэтому регулятор усиления, в первую очередь АРУ, отрабатывающий как медленное так и быстрое изменение уровня сигнала стремятся расположить в ВЧ-тракте, как можно ближе ко входу приемника. РРУ осуществляется как в ВЧ-тракте, так и в НЧ-тракте. Способы регулировки усиления при РРУ и АРУ следующие:

1 – Изменение крутизны усилительных приборов,

2 – Изменение коэффициента передачи специальных делителей напряжения и глубины отрицательной обратной связи.

Эти регулировки в неменьшей степени влияют на другие параметры приемника. С целью поддержания выходного сигнала на заданном уровне при быстрых и больших изменениях входного сигнала применяются АРУ, которая осуществляется путем автоматического изменения коэффициента усиления. Зависимость коэффициента усиления каскада, охваченного АРУ, от регулировочного напряжения называется регулировочной характеристикой (рис. 1).

Рис. 1 Регулировочная характеристика АРУ.

Рекомендуемые материалы

Изменение коэффициента усиления при изменении регулировочного напряжения на 1 В называется чувствительностью регулировки. Совокупность каскадов приемника, охваченных АРУ, называется системой АРУ. Различают три основные системы АРУ:

1 – Система обратного регулирования (рис. 2).

В ней напряжение сигнала, подлежащее регулировке, снимается с выхода УПЧ и через выпрямитель АРУ (детектор и фильтр АРУ) воздействует на УРЧ, смеситель (См) и УПЧ, изменяя их коэффициент усиления. Все элементы системы АРУ образуют замкнутое кольцо обратной связи.

Описание: рис11(1)

Рис. 2 Система обратного регулирования.

2 – Система прямого регулирования (без рисунка).

Регулирующее напряжение формируется выпрямителем АРУ и воздействует на УРЧ, См и УПЧ приемника, изменяя их коэффициент усиления. Замкнутого кольца обратной связи здесь не образуется. Такая система содержит усилитель АРУ. При малых сигналах он нужен, а при больших — перегружается, и возникают искажения. Поэтому такая система применяется редко.

3 – Комбинированная система АРУ (рис. 3).

Она содержит как систему прямого, так и обратного регулирования.

Описание: измененный

Рис. 3 Комбинированная система АРУ.

В зависимости от уровня сигнала, при котором начинается регулированное усиление, различают системы АРУ без задержки, с задержкой и бесшумное АРУ (рис. 4).

а) без АРУ б) с простой АРУ в) АРУ с задержкой г) АРУ с бесшумной

Рис. 4 Амплитудные характеристики приемников.

В системах АРУ без задержки (простая АРУ) регулирование усиления происходит во всем динамическом диапазоне принимаемых сигналов. При малых сигналах ограничивать усиление, а значит снижать уровень выходного сигнала нецелесообразно. В этом случае применяют АРУ с задержкой, в которой регулирование усиления начинается лишь с некоторого уровня входного сигнала, называемого порогом срабатывания АРУ ( на рис. 4 в). До достижения порога срабатывания усиление происходит без регулирования. В процессе перестройки РПУ с одной станции на другую, когда полезный сигнал на входе отсутствует, приемник усиливает собственные шумы и помехи. Поэтому систему АРУ модернизируют так, что при сигнале, меньшем, чем чувствительность приемника усилительный тракт запирался системой АРУ (бесшумная АРУ). В этом случае настройка РПУ будет бесшумной, и АРУ в этом случае называют бесшумным. Для исключения опасности самовозбуждения система АРУ использует однозвенные RC-фильтры. Переходный процесс в них носит апериодический характер. В случае использования детектора АРУ основного детектора приемника возникает противоречие между требованиями к фильтру основного детектора и к фильтру детектора АРУ. Поэтому постоянная времени фильтра детектора АРУ (τ = RC) выбирается значительно больше максимального периода модуляции сигнала. При совмещении функций основного детектора с функциями детектора АРУ предусматривают раздельные фильтрующие цепи для основного сигнала и для системы АРУ (рис. 5).

Описание: рис11(5)

Рис. 5 Пример схемы с совмещенными детекторами сигнала и АРУ.

Параметры элементов выбираются в соответствии с условием безинерционности амплитудных детекторов. Постоянная времени фильтра АРУ должна соответствовать условию:

.

Но постоянная времени АРУ ограничена сверху максимальным периодом затухания сигнала, это значит, что .

Практически постоянную времени фильтра АРУ выбирают для радиовещательных РПУ в пределах В схеме АРУ с задержкой (рис. 6) регулирование коэффициента усиления УПЧ будет происходить лишь после того, как регулировочное напряжение превысит напряжение стабилизации стабилитрона VD2. До этого момента регулировочное напряжение равно 0. После открытия стабилитрона регулировочное напряжение будет равно разности напряжений на выходе фильтра АРУ и напряжения стабилизации стабилитрона :

Описание: рис11(6)

Рис. 6 Схема АРУ с задержкой.

Напряжение стабилизации стабилитрона должно соответствовать требуемому напряжению задержки. В рассмотренной схеме резистор R необходим для обеспечения режима работы стабилитрона VD2. Остальные элементы выполняют свои обычные функции. В простых схемах АРУ, где не предъявляются жесткие требования к напряжению задержки и его стабильности вместо стабилитрона можно использовать кремниевый диод, поскольку он открывается лишь после того, как напряжение на нем превысит 0.05 – 0.15 В. Это напряжение и будет напряжением задержки.

Регулировка коэффициента усиления усилителей часто осуществляется изменением крутизны усиления усилительных приборов. Один из вариантов такой АРУ в транзисторном приёмнике показан на рис. 7. Регулировка усиления в таких схемах достигается изменением крутизны усиления транзисторов VT1 и VT2, на которых собраны два каскада УПЧ, изменением режимов работы этих транзисторов. На транзисторе VT3 собран коллекторный детектор АРУ, нагрузкой которого является цепочка R10Cl0, a элементы R13C11 выполняют функции фильтра АРУ.

Исходное напряжение смещения и термостабилизации транзисторов VTl и VT2 обеспечивается делителями напряжения соответственно R10R13R3R1R2R4 и R10R13R7R5R6R8. Подачей отрицательного напряжения смещения на эмиттер транзистора VT3 обеспечивается режим работы АРУ с задержкой. Это объясняется тем, что детектор АРУ будет закрыт, пока напряжение на базе транзистора ,VT3 не превысит порога срабатывания, определяемого напряжением на резисторе в цепи эмиттера R11. Как только напряжение />превысит порог срабатывания системы АРУ, транзистор VT3 откроется и напряжение на его коллекторе снизится. Это приведёт к уменьшению токов в делителях R13R3R1R2 и R13R7R5R6, которые задают базовые токи транзисторов VT1 и VT2, что, в свою очередь, снизится их коэффициент усиления. Чем больше выходное напряжение />, тем в большей степени открывается транзистор VT3, тем больше уменьшаются токи делителей и коэффициенты усиления транзисторов VT1 и VT2.

Изменение базовых токов транзисторов VT1 и VT2 при действии системы АРУ приводит к изменению токов эмиттеров этих транзисторов и соответственно к изменению падении напряжении на резисторах R4 и R8. Характер этих изменений напряжения таков, что они противодействуют причине, их вызывающей, то есть снижают эффективность действия АРУ. Резисторы в цепи эмиттера R4 и R8 являются элементами термостабилизации транзисторов VT1 и VT2. Поэтому, там, где это возможно, с целью подавления снижения эффективности действия АРУ в каскадах УПЧ, охваченных АРУ, термостабилизация не применяется.

Резистор R3 и конденсатор С1, а также резистор R7 и конденсатор С5 образуют фильтры, предотвращающие взаимное влияние каскадов УПЧ. Остальные элементы схемы выполняют свои обычные функции.

Модэ-шаньюй, Елюй Даши, К. Тыныстанов — лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.

На рис. 8 представлена схема АРУ с управляемым делителем напряжения. На этой схеме управляемый делитель напряжения образован сопротивлением диода VD1 и входным сопротивлением второго каскада УПЧ на транзисторе VT2 (первый каскад УПЧ собран на транзисторе VT1). Регулирующее напряжение снимается с детектора АРУ на диоде VD2 и усиливается усилителем постоянного тока на транзисторе VT3. Детектор АРУ является последовательным диодным детектором с нагрузкой,

В исходном состоянии диод VD1 полностью открыт напряжением, формируемым делителем R18R12R8R7R6R5 и коэффициент передачи управляемого делителя максимален. Как только выходное напряжение превысит порог срабатывания системы АРУ, диод VD2 откроется, и напряжение нагрузки с детектора АРУ через резистор R16 поступит на базу транзистора VT3, закрывая его. Это приведёт к росту отрицательного напряжения на коллекторе транзистора VT3, которое, будучи поданным через резисторы R12 и R8 на анод диода VD1, закроет диод, увеличив его сопротивление и тем самым, уменьшив коэффициент передачи управляемого делителя. Фильтр АРУ в этой схеме состоит из цепочек R15R16C11C12 и R12C7. Остальные элементы схемы выполняют свои обычные функции.

Как влияет постоянная времени на работу ару

Как известно, в радиовещательных приемниках аналоговых сигналов, использующих в преселекторе и тракте промежуточной частоты резонансные усилители, чаще всего находит применение режимная АРУ (рис. 12.1). Постоянная составляющая с детектора АРУ (детектор, специально предназначенный для формирования напряжения регулирования) или детектора сигнала, через дополнительный фильтр постоянной составляющей, управляющее напряжение рег) подается на базы (эмиттеры) регулируемых усилителей, изменяет положение рабочей точки (крутизну) транзистора на проходной характеристике, а значит, и коэффициент усиления. При увеличении сигнала постоянное напряжение на нагрузке детектора возрастает. Однако, применяемая полярность включения диода, приводит к приращению отрицательной по знаку постоянной составляющей напряжения, что уменьшает напряжение на базе транзистора регулируемого усилителя и, как следствие, уменьшается крутизна его характеристики и коэффициент усиления.

Постоянная времени ЯС фильтра определяет скорость срабатывания регулировки, т.е. быстроту реакции системы АРУ на изменение напряжения на входе усилителя. Если постоянная времени мала, то при амплитудной модуляции сигнала, регулирующее напряжение будет содержать низкочастотную составляющую. При этом, если фильтр не вызывает фазового сдвига напряжения, то увеличение амплитуды сигнала в процессе модуляции будет приводить к синхронному изменению смещения на базе регулируемого и уменьшать усиление.

Уменьшение амплитуды будет сопровождаться увеличением коэффициента усиления. В результате в регулируемом усилителе будет происходить уменьшение глубины модуляции (демодуляция сигнала). Соотношение составляющих спектра выходного сигнала зависит также от параметров выходного фильтра (фазо-частотной характеристики), а отсюда и демодуляция будет проявляться по-разному на различных частотах, т.е. появятся частотные искажения.

В некоторых случаях фазовый сдвиг, вносимый фильтром, может приводить к возрастанию коэффициента модуляции, и одновременно увеличивать нелинейные искажения в детекторе и усилителе низкой частоты.

Слишком малая постоянная времени фильтра, приводит к плохой фильтрации напряжения низкой частоты, и будет вызывать изменение коэффициента усиления с частотой огибающей, т.е. изменению формы огибающей напряжения и появлению нелинейных искажений сигнала после детектирования.

Излишне большое значение постоянной времени фильтра будет приводить к тому, что регулирующее напряжение не будет успевать следовать за изменением сигнала при перестройке или кратковременных замираниях сигнала.

Рассмотрим процессы, протекающие в радиотракте, охваченном системой АРУ. В радиовещательных приемниках наибольшее распространение получила обратная усиленная АРУ, с одним — двумя каскадами с регулируемым усилением в структуре радиотракта. Структурная схема радиотракта, в котором применена обратная АРУ, приведена на рис. 12.7.

Усилительные каскады радиотракта, усиление которых определяется напряжением регулирования Ерег, представлены узлом с коэффициентом передачи К(Ерег), зависящим от регулирующего напряжения Ерег, которое создается на выходе фильтра низкой частоты Е(Ерег) при работе АРУ. Регулировочная характеристика радиотракта К= К(Ерег) (рис. 12.8) в общем случае имеет нелинейный характер, определяемый нелинейной зависимостью коэффициентов передачи регулируемых каскадов радиотракта от величины напряжения регулирования. Для упрощения анализа процессов в системе АРУ часто функцию К= К(Ерег) аппроксимируют линейной зависимостью (рисЛ 2.8)

где — тангенс угла наклона характеристики.

Такая аппроксимация регулировочной характеристики при упрощении анализа приводит к некоторому завышению величины искажений огибающей при больших значениях

В предположении отсутствия в радиотракте нелинейных искажений, детектор обратной АРУ, в том числе усиленной, можно представить линейным звеном с коэффициентом передачи Кару (рис. 12.7). Упростим анализ системы обратной АРУ с задержкой, считая радиотракт широкополосным, когда изменение выходного напряжения ивых совпадает с изменением напряжения регулирования Ерег. Тогда при гармоническом воздействии на радиотракт с системой обратной АРУ с задержкой

вызывает появление на выходе сигнала

Если амплитуда выходного сигнала 112(0 меньше напряжения задержки Е3, то напряжение регулирования Ерег = 0 и коэффициент усиления будем максимальным Ко (рис. 12.8)

При амплитуде входного сигнала м/(7) — (7/ амплитуда выходного сигнала будет Е3, а

При м/(7) > (7/ ты огибающая на выходе радиотракта будет определяться

причем изменение Ерег будет определяться уравнением

где Е(Ерег) — линейный дифференциальный оператор, описывающий процессы в ФНЧ.

Применение в качестве фильтра низкой частоты интегрирующей ЯС — цепочки, когда линейный дифференциальный оператор, описывается уравнением

Выражения (12.9), (12.10) и (12.11) приобретают вид

где

При скачкообразном изменении уровня входного сигнала в момент времени t = 0 до значения ui(t) — Ui — const > Ui mi„ поведение системы АРУ в соответствии с (10.11) будет описываться неоднородным линейным дифференциальным уравнением с постоянными коэффициентами:

Полагая, что в начальный момент напряжение на конденсаторе равно нулю, т.е. при t = 0, U 1 = 0, то и напряжение и 2(0) = Ко U). При таких начальных условиях установившееся значение на выходе регулируемого усилителя, определяющееся (12.12) будет равно

Статическая характеристика системы АРУ с задержкой (рис. 12.6а) и определяется системой уравнений (12.16)

Статическая характеристика системы АРУ без задержки описывается более простым соотношением (12.17), полученным из (12.16) при Ез =0

и представлена сплошной кривой на рис. 12.96. Для сравнения штриховой линией на этих рисунках представлены кривые усиления радиотракта приемника без АРУ (V2= и 2

Сравнение формул (12.16) и (12.17) показывает, что введение задержки приводит к увеличению установившегося значения напряжения на величину Д?/ = Е3К1/1 / (1 + К111) . Отсюда следует, что чем выше напряжение задержки, тем при данном увеличении входного сигнала меньше Ерег и большее значение установившегося напряжения.

Качество регулирования, как видно из (12.16) и (12.17) повышается при увеличении К = а Кару, что определяется коэффициентом передачи цепи АРУ (Кару) и количеством регулируемых каскадов.

При воздействии сигнала с амплитудной модуляцией для случая гармонической огибающей и/ (0 = ино(1+т со801)со8(о)о1 +(р), где ино — амплитуда несущего колебания с частотой соо, т — коэффициент модуляции, О — частота модуляции и для одно- или двухзвенного ЯС — фильтра в цепи АРУ, выходное напряжение определяется решением уравнения (12.14). Использование в качестве фильтра однозвенной интегрирующей ЯС — цепи обеспечивает устойчивость системы АРУ при любой частоте модуляции. Однако неправильный выбор параметров ЯС — цепи может привести к существенным искажениям огибающей на выходе регулируемого усилителя. При использовании двухзвенного фильтра в цепи АРУ система АРУ возбуждается при определенном значении коэффициента модуляции. Генерация колебаний происходит в некоторой полосе частот модулирующего колебания и определяется параметрами фильтра.

Для малого значения коэффициента модуляции напряжение на выходе радиотракта в соответствие с (12.10) приближенно определяется

Считая, что коэффициенты модуляции на входе и выходе радиотракта можно рассматривать, как аи,(?) = дих (0/ м 1 (0;»Ь(0 = (0/ м 2 (0 > получим выражение для передаточной функции цепи АРУ, которое при постоянном значении амплитуды несущей ино можно записать

где Р(р) — передаточная функция ФНЧ в символической форме, а р — оператор дифференцирования. Тогда из (12.18) с учетом соотношения К = а Кару получим [3]

Соотношению (12.19) соответствует некоторая следящая система со структурной схемой (рис. 12.10)

В этой схеме радиотракт представлен передаточной функцией 1/КщР(р), охваченный обратной АРУ. Рассматривая ее свойства при использовании фильтра низких частот из одной интегрирующей ЯС — цепочки, когда Б(р) = 1/(РСр +1), передаточная функция системы АРУ для малых значений коэффициентов модуляции

где

Для оценки амплитудно- и фазочастотных искажений, создаваемых в радиотракте, охваченном системой обратной АРУ, положим в (12.19)/; =?0 и вычислим модуль и фазу полученного комплексного коэффициента передачи, откуда

Графики, построенные на основании формул (12.21) и (12.22) показывают (рис. 12.11), что коэффициент модуляции на выходе всегда меньше коэффициента модуляции на входе, то есть существует подавление модуляции (рис. 12.11а). Для заданных Тф и ?2, подавление, обусловленное действием АРУ тем сильнее, чем выше уровень несущей. Это вызвано увеличением быстродействия по мере роста входного сигнала. Фаза огибающей выходного сигнала (рис. 12.11 б) опережает фазу входного сигнала. При малых бкф наблюдается резкое возрастание фазового сдвига с последующим уменьшением. Рабочей областью можно считать область больших значений Отф, где малы так же и амплитудные искажения. По заданной величине амплитудных или фазовых искажений можно определить постоянную времени фильтра цепи АРУ. Так, разрешая (12.21) относительно Тф, можно вычислить постоянную времени ЯС — фильтра по величине подавления амплитудной модуляции в системе АРУ (12.23)

Для радиовещательных и связных приемников АМ сигналов величина Тф = 0,02 -г- 0,2 с. Верхняя граница постоянной времени тф определяется быстродействием системы АРУ.

Импульсные системы АРУ

Их специфическая особенность — выбор постоянной времени фильтра АРУ.

Инерционные АРУ (ИАРУ)

Применяются в тех приёмниках, где нужно, чтобы АРУ не искажала полезную амплитудную модуляцию пачки импульсов, например, в РЛС сопровождения цели по угловым координатам.

ДРИ — детектор радиоимпульсов

СК — селекторный каскад.

Инерционность достигается за счёт того, что роль фильтра АРУ выполняет пиковый детектор с нагрузкой в виде цепи RC с большой постоянной времени. Для того чтобы мощные помеховые сигналы не влияли на работу АРУ, т.е. чтобы АРУ работала по полезному сигналу, в систему вводится селекторный каскад, который открывается стробирующим импульсом от схемы сопровождения. Мощная помеха надолго бы уменьшала усиление приемника, т.е. ухудшала бы его чувствительность для полезного сигнала.

Быстродействующая АРУ (БАРУ)

Применяется главным образом в обзорных PЛC. Регулировка ведется в пределах каждого импульса. В этих случаях ф = RC фильтра очень мала. Поэтому АРУ выглядит как детектор с малой постоянной времени фильтра.

В импульсных схемах АРУ анализ устойчивости АРУ более сложен. При малой инерционности и большой глубине регулирования возникает самовозбуждение на частоте .

— быстродействующая АРУ в режиме самовозбуждения на

Высокое быстродействие не позволяет получить большой глубины регулирования по соображениям устойчивости, и поэтому для ее увеличения приходится применять несколько последовательных петель БАРУ (рис. 1.28). Причём обычно одна петля охватывает всего один усилительный каскад.

Быстродействующие АРУ могут использовать по прямому назначению при длительности импульсов 1-2 мкс, но системы БАРУ могут использоваться в импульсных приемниках с более короткими импульсами для повышения помехоустойчивости к помехам большой амплитуды и длительности. Это можно объяснить следующим образом (рис.16).

На рисунках показана АХ приемника, она выглядит так, как в приемнике без АРУ, поскольку импульсы короткие и АРУ сработать не успевает.

Если одновременно с мощной длительной помехой подается слабый короткий импульс, на выходе он практически был бы подавлен из-за нелинейности ВАХ (в соответствии с рис. 1.29 а). Поскольку помеха длительная, АРУ успевает сработать и снижает усиление (на рис. 1.29 пунктир), тогда импульс нормально усиливается и на выходе он отчетливо виден (рис. 1.29 б).

Использует УПЧ с логарифмической амплитудной характеристикой.

В импульсных приемниках РЛС применяются «временные» системы АРУ (ВАРУ).

Пусковой импульс 1 от модулятора РЛС, генерируемый одновременно с зондирующим импульсом, запускает генератор регулирующего напряжения (ГРН). Примерная форма напряжения показана на рис. 1.30. В начальный момент времени это напряжение вообще может запирать приёмный тракт, осуществляя «блокирование» приёмника. Затем по мере уменьшения Up усиление приёмника увеличивается, доходя до максимально возможного. Таким образом, усиление оказывается связанным с дальностью, благодаря чему и достигаются указанные выше цели применения ВРУ. Форма и скорость изменения Uр(t) устанавливаются в зависимости от конкретных условий. Система ВРУ является совершенно автономной, не связанной с интенсивностью входного сигнала в каждый данный момент времени.

Устройства выдержки больших интервалов времени

τ – постоянная времени RC-цепи – это временна́я характеристика простой электрической цепи, в которой происходит изменение заряда конденсатора С за счёт его разряда через сопротивление R. Постоянная времени вычисляется как τ=R*C [Ф*Ом], что эквивалентно размерности «секунда» [c].
Как показано на рисунке, постоянная времени τ входит в аналитическую функцию описания процесса изменения напряжения на конденсаторе U(t) при его заряде от источника напряжения через сопротивление R. На рисунке U(0) – это начальное напряжение на конденсаторе (в момент времени t=0), а U(∞) – это напряжение источника напряжения, к которому асимтотически стремится U(t).

За время, равное τ, напряжение на конденсаторе изменяется от U(0) до U(∞) + [U(0) — U(∞)]/e, где e=2,718. .

Экспоненциальный заряд конденсатора происходит для случая U(∞) > U(0), а экспоненциальный разряд – для случая U(∞) -t/τ ) в моменты времени t от t=0,001τ до t=10τ протекания экспоненциального процесса.

Время процесса в единицах τ=RC Доля неустановившейся величины напряжения e -t/τ
*100, % *10 6 , ppm
0,001τ ≈99,9% ≈999000
0,01τ ≈99% ≈990000
0,1τ ≈90% ≈900000
0,5τ ≈61% ≈610000
τ ≈37% ≈370000
≈14% ≈140000
≈5,0% ≈50000
≈1,8% ≈1800
≈0,67% ≈6700
≈0,25% ≈2500
≈0,091% ≈910
≈0,034% ≈340
≈0,012% ≈120
10τ ≈0,0045% ≈45

Понятие постоянной времени RC-цепи помогает оценить время протекания процесса при анализе эквивалентных электрических схем, содержащих RC-цепи. Заметим только, что понятие постоянной времени не применимо для частного случая заряда-разряда конденсатора постоянным током, где закон изменения напряжения и заряда на конденсаторе имеет линейный характер, а не экспоненциальный.

Постоянные времени RC-цепей (в качестве величин с прозрачным физическим смыслом) участвуют в аналитических решениях дифференциальных уравнений, описывающих не только экспоненциальные процессы в электрических схемах, содержащих RC-цепи (например, пассивные и активные RC-фильтры).

RC цепь RC цепь RC цепь RC цепь RC цепь RC цепь RC цепь RC цепь RC цепь

Реакция на скачок с произвольными начальными условиями [ править ]

Переходная характеристика системы для двух различных начальных значений V
0 , одно выше конечного значения, а другое — при нуле. Длительный отклик постоянен,
V
∞ . Ось времени в единицах постоянной времени . τ

Предположим, что функция принуждения выбрана в качестве пошагового входа, поэтому:

(
t
) ступенчатой ​​функцией Хевисайда. Общее решение этого уравнения для времен
t
≥ 0 с при условии, что
V
(
t
= 0) =
V
0 :
V ( t ) = V 0 e − t / τ + A τ ( 1 − e − t / τ ) . e^ +A\tau \left(1-e^ \right).>
(Можно заметить, что этот отклик является пределом ω → 0 вышеупомянутого отклика на синусоидальный вход.)

Долгосрочное решение не зависит от времени и начальных условий:

Постоянная времени остается неизменной для той же системы независимо от условий запуска. Проще говоря, система приближается к своей конечной устойчивой ситуации с постоянной скоростью, независимо от того, насколько она близка к этому значению в любой произвольной начальной точке.

Например, рассмотрим электродвигатель, запуск которого хорошо моделируется системой LTI первого порядка. Предположим, что при запуске из состояния покоя двигатель принимает1/8секунды, чтобы достичь 63% номинальной скорости 100 об / мин, или 63 об / мин, то есть меньше 37 об / мин. Тогда окажется, что после следующего1/8секунды двигатель увеличил скорость на 23 об / мин, что составляет 63% от этой разницы в 37 об / мин. Это доводит его до 86 об / мин, что все еще составляет 14 об / мин. Через треть ⅛ секунды двигатель наберет дополнительные 9 об / мин (63% от этой разницы в 14 об / мин), что означает 95 об / мин.

Фактически, при любой

начальной скорости
s
≤ 100 об / мин, 1/8через секунду этот конкретный двигатель получит дополнительные 0,63 × (100
с
) об / мин.

Определение постоянной времени. Переходные процессы в R-L-C-цепи.

Переходные процессы в цепи с одним накопителем энергии и произвольным числом резисторов

Как отмечалось в предыдущей лекции, линейная цепь охвачена единым переходным процессом. Поэтому в рассматриваемых цепях с одним накопителем энергии (катушкой индуктивности или конденсатором) – цепях первого порядка – постоянная времени будет одной и той же для всех свободных составляющих напряжений и токов ветвей схемы, параметры которых входят в характеристическое уравнение.

Общий подход к расчету переходных процессов в таких цепях основан на применении теоремы об активном двухполюснике: ветвь, содержащую накопитель, выделяют из цепи, а оставшуюся часть схемы рассматривают как активный двухполюсник А (эквивалентный генератор) (см. рис.1, а) со схемой замещения на рис. 1,б.

Совершенно очевидно, что постоянная времени здесь для цепей с индуктивным элементом определяется, как:

и с емкостным, как:

где — входное сопротивление цепи по отношению к зажимам 1-2 подключения ветви, содержащей накопитель энергии.

Например, для напряжения на конденсаторе в цепи на рис. 2 можно записать

где в соответствии с вышесказанным

Переходные процессы при подключении последовательной R-L-C-цепи к источнику напряжения

Рассмотрим два случая:

Согласно изложенной в предыдущей лекции методике расчета переходных процессов классическим методом для напряжения на конденсаторе в цепи на рис. 3 можно записать

Тогда для первого случая принужденная составляющая этого напряжения

Характеристическое уравнение цепи

решая которое, получаем

В зависимости от соотношения параметров цепи возможны три типа корней и соответственно три варианта выражения для свободной составляющей:

1. или , где — критическое сопротивление контура, меньше которого свободный процесс носит колебательный характер.

2. — предельный случай апериодического режима.

В этом случае и

3. — периодический (колебательный) характер переходного процесса.

В этом случае и

где — коэффициент затухания; — угловая частота собственных колебаний; — период собственных колебаний.

Для апериодического характера переходного процесса после подстановки (2) и (3) в соотношение (1) можно записать

Для нахождения постоянных интегрирования, учитывая, что в общем случае и в соответствии с первым законом коммутации , запишем для t=0 два уравнения:

решая которые, получим

Тогда ток в цепи

и напряжение на катушке индуктивности

На рис. 4 представлены качественные кривые , и , соответствующие апериодическому переходному процессу при .

Для критического режима на основании (2) и (4) можно записать

Для колебательного переходного процесса в соответствии с (2) и (5) имеем

Для нахождения постоянных интегрирования запишем

На рис. 5представлены качественные кривые и , соответствующие колебательному переходному процессу при .

При подключении R-L-C-цепи к источнику синусоидального напряжения для нахождения принужденных составляющих тока в цепи и напряжения на конденсаторе следует воспользоваться символическим методом расчета, в соответствии с которым

Здесь также возможны три режима:

Наибольший интерес представляет третий режим, связанный с появлением во время переходного процесса собственных колебаний с частотой . При этом возможны, в зависимости от соотношения частот собственных колебаний и напряжения источника, три характерные варианта: 1 — ; 2 — ; 3 — , — которые представлены на рис. 6,а…6,в соответственно.

  1. Основы теории цепей: Учеб. для вузов /Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил, С.В.Страхов. –5-е изд., перераб. –М.: Энергоатомиздат, 1989. -528с.
  2. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. Учеб. для студентов электротехнических, энергетических и приборостроительных специальностей вузов. –7-е изд., перераб. и доп. –М.: Высш. шк., 1978. –528с.
  3. Теоретические основы электротехники. Учеб. для вузов. В трех т. Под общ. ред. К.М.Поливанова. Т.1. К.М.Поливанов. Линейные электрические цепи с сосредоточенными постоянными. –М.: Энергия- 1972. –240с.
  1. Как можно определить постоянную времени в цепи с одним накопителем энергии по осциллограмме тока или напряжения в какой-либо ветви?
  2. Определить, какой процесс: заряд или разряд конденсатора в цепи на рис. 2 – будет происходить быстрее?

Ссылки [ править ]

  1. Бела Г. Липтак (2003). Справочник приборостроителя: Управление процессами и оптимизация
    (4-е изд.). CRC Press. п. 100. ISBN 978-0-8493-1081-2 .
  2. Бонг Ви (1998). Динамика и управление космическим аппаратом
    . Американский институт аэронавтики и астронавтики. п. 100 . ISBN 978-1-56347-261-9 .
  3. GR North (1988). «Уроки моделей энергетического баланса» . В Майкле Э. Шлезингере (ред.). Физическое моделирование и моделирование климата и климатических изменений
    (Институт перспективных исследований НАТО по физическому моделированию, ред.). Springer. НАТО. п. 627. ISBN 978-90-277-2789-3 .
  4. Харрис, D .; Сазерленд, И. (2003). «Логическая попытка переноса сумматоров распространения». Тридцать седьмая Asilomar конференция сигналов, системы и компьютеры, 2003
    . С. 873–878. DOI : 10,1109 / ACSSC.2003.1292037 . ISBN 0-7803-8104-1 .
  5. ^ аб
    Роланд Винн Льюис; Перумал Нитиарасу; К. Н. Ситхараму (2004).
    Основы метода конечных элементов для тепловых и жидких потоков
    . Вайли. п. 151. ISBN. 978-0-470-84789-3 .

Постоянная времени RC — RC time constant

Постоянная времени RC

, также называемая тау, постоянная времени (в секундах ) RC-цепи , равна произведению сопротивления цепи (в омах ) на емкость цепи (в фарадах ), т. Е.

τ знак равно р C [секунды]

Это время, необходимое для зарядки конденсатора через резистор от начального напряжения заряда, равного нулю, до примерно 63,2% от значения приложенного напряжения постоянного тока или для разряда конденсатора через тот же резистор примерно до 36,8% от его начального значения. напряжение заряда. (Эти значения получены из математической константы e

: и .) Следующие формулы используют ее, принимая постоянное напряжение, приложенное последовательно к конденсатору и резистору, для определения напряжения на конденсаторе в зависимости от времени: 63,2 % знак равно 1 — е — 1 >

“Волшебные” свойства RC цепочки

«Волшебные» свойства обычного ФНЧ — RC фильтра. В данном топике я расскажу, как можно использовать свойства данного типа пассивного фильтра не по прямому назначению. Иногда может быть полезнее, проще и «дешевле» использовать аналоговую схемотехнику, чем сложные программные реализации или другое более дорогостоящее оборудование.

Предисловие.

Рассмотрим простейший аналоговый фильтр – RC цепочку или ФНЧ (фильтр низких частот). Про него написано много и по делу. Но мы попробуем использовать его свойства не по прямому назначению. Данный фильтр является пассивным ФНЧ 1-го порядка. Его характеристики для качественной фильтрации сигнала далеки от оптимальных. Но для рассматриваемого случая их хватит.

Не много формул

Вспомним основные характеристики RC цепи. Схема данного ФНЧ выглядит следующим образом.

Комплексный коэффициент передачи данного фильтра вычисляется по закону Ома и имеет следующий вид: Значение силы тока в цепи равно: Подставляя значение тока в первую формулу получим: R- сопротивление резистора в цепочки, Zc – реактивное сопротивление конденсатора в цепи. Где. Формула для передаточного коэффициента примет окончательный вид: Так как коэффициент является мнимой функцией, то у нас возникает разность фаз между входным и выходным напряжением. Угол этого сдвига вычисляется по формуле: Так как угол со знаком «минус», это означает что выходное напряжение отстает от входного на угол ⱷ.
Этим свойством фильтра мы и воспользуемся.

Как влияет постоянная времени на работу ару

Их специфическая особенность — выбор постоянной времени фильтра АРУ.

Инерционные АРУ (ИАРУ)

Применяются в тех приёмниках, где нужно, чтобы АРУ не искажала полезную амплитудную модуляцию пачки импульсов, например, в РЛС сопровождения цели по угловым координатам.

ДРИ — детектор радиоимпульсов

СК — селекторный каскад.

Инерционность достигается за счёт того, что роль фильтра АРУ выполняет пиковый детектор с нагрузкой в виде цепи RC с большой постоянной времени. Для того чтобы мощные помеховые сигналы не влияли на работу АРУ, т.е. чтобы АРУ работала по полезному сигналу, в систему вводится селекторный каскад, который открывается стробирующим импульсом от схемы сопровождения. Мощная помеха надолго бы уменьшала усиление приемника, т.е. ухудшала бы его чувствительность для полезного сигнала.

Быстродействующая АРУ (БАРУ)

Применяется главным образом в обзорных PЛC. Регулировка ведется в пределах каждого импульса. В этих случаях ф = RC фильтра очень мала. Поэтому АРУ выглядит как детектор с малой постоянной времени фильтра.

В импульсных схемах АРУ анализ устойчивости АРУ более сложен. При малой инерционности и большой глубине регулирования возникает самовозбуждение на частоте .

— быстродействующая АРУ в режиме самовозбуждения на

Высокое быстродействие не позволяет получить большой глубины регулирования по соображениям устойчивости, и поэтому для ее увеличения приходится применять несколько последовательных петель БАРУ (рис. 1.28). Причём обычно одна петля охватывает всего один усилительный каскад.

Быстродействующие АРУ могут использовать по прямому назначению при длительности импульсов 1-2 мкс, но системы БАРУ могут использоваться в импульсных приемниках с более короткими импульсами для повышения помехоустойчивости к помехам большой амплитуды и длительности. Это можно объяснить следующим образом (рис.16).

На рисунках показана АХ приемника, она выглядит так, как в приемнике без АРУ, поскольку импульсы короткие и АРУ сработать не успевает.

Если одновременно с мощной длительной помехой подается слабый короткий импульс, на выходе он практически был бы подавлен из-за нелинейности ВАХ (в соответствии с рис. 1.29 а). Поскольку помеха длительная, АРУ успевает сработать и снижает усиление (на рис. 1.29 пунктир), тогда импульс нормально усиливается и на выходе он отчетливо виден (рис. 1.29 б).

Использует УПЧ с логарифмической амплитудной характеристикой.

В импульсных приемниках РЛС применяются «временные» системы АРУ (ВАРУ).

Пусковой импульс 1 от модулятора РЛС, генерируемый одновременно с зондирующим импульсом, запускает генератор регулирующего напряжения (ГРН). Примерная форма напряжения показана на рис. 1.30. В начальный момент времени это напряжение вообще может запирать приёмный тракт, осуществляя «блокирование» приёмника. Затем по мере уменьшения Up усиление приёмника увеличивается, доходя до максимально возможного. Таким образом, усиление оказывается связанным с дальностью, благодаря чему и достигаются указанные выше цели применения ВРУ. Форма и скорость изменения Uр(t) устанавливаются в зависимости от конкретных условий. Система ВРУ является совершенно автономной, не связанной с интенсивностью входного сигнала в каждый данный момент времени.

Переходные процессы в системах АРУ

Как известно, в радиовещательных приемниках аналоговых сигналов, использующих в преселекторе и тракте промежуточной частоты резонансные усилители, чаще всего находит применение режимная АРУ (рис. 12.1). Постоянная составляющая с детектора АРУ (детектор, специально предназначенный для формирования напряжения регулирования) или детектора сигнала, через дополнительный фильтр постоянной составляющей, управляющее напряжение рег) подается на базы (эмиттеры) регулируемых усилителей, изменяет положение рабочей точки (крутизну) транзистора на проходной характеристике, а значит, и коэффициент усиления. При увеличении сигнала постоянное напряжение на нагрузке детектора возрастает. Однако, применяемая полярность включения диода, приводит к приращению отрицательной по знаку постоянной составляющей напряжения, что уменьшает напряжение на базе транзистора регулируемого усилителя и, как следствие, уменьшается крутизна его характеристики и коэффициент усиления.

Постоянная времени ЯС фильтра определяет скорость срабатывания регулировки, т.е. быстроту реакции системы АРУ на изменение напряжения на входе усилителя. Если постоянная времени мала, то при амплитудной модуляции сигнала, регулирующее напряжение будет содержать низкочастотную составляющую. При этом, если фильтр не вызывает фазового сдвига напряжения, то увеличение амплитуды сигнала в процессе модуляции будет приводить к синхронному изменению смещения на базе регулируемого и уменьшать усиление.

Уменьшение амплитуды будет сопровождаться увеличением коэффициента усиления. В результате в регулируемом усилителе будет происходить уменьшение глубины модуляции (демодуляция сигнала). Соотношение составляющих спектра выходного сигнала зависит также от параметров выходного фильтра (фазо-частотной характеристики), а отсюда и демодуляция будет проявляться по-разному на различных частотах, т.е. появятся частотные искажения.

В некоторых случаях фазовый сдвиг, вносимый фильтром, может приводить к возрастанию коэффициента модуляции, и одновременно увеличивать нелинейные искажения в детекторе и усилителе низкой частоты.

Слишком малая постоянная времени фильтра, приводит к плохой фильтрации напряжения низкой частоты, и будет вызывать изменение коэффициента усиления с частотой огибающей, т.е. изменению формы огибающей напряжения и появлению нелинейных искажений сигнала после детектирования.

Излишне большое значение постоянной времени фильтра будет приводить к тому, что регулирующее напряжение не будет успевать следовать за изменением сигнала при перестройке или кратковременных замираниях сигнала.

Рассмотрим процессы, протекающие в радиотракте, охваченном системой АРУ. В радиовещательных приемниках наибольшее распространение получила обратная усиленная АРУ, с одним — двумя каскадами с регулируемым усилением в структуре радиотракта. Структурная схема радиотракта, в котором применена обратная АРУ, приведена на рис. 12.7.

Усилительные каскады радиотракта, усиление которых определяется напряжением регулирования Ерег, представлены узлом с коэффициентом передачи К(Ерег), зависящим от регулирующего напряжения Ерег, которое создается на выходе фильтра низкой частоты Е(Ерег) при работе АРУ. Регулировочная характеристика радиотракта К= К(Ерег) (рис. 12.8) в общем случае имеет нелинейный характер, определяемый нелинейной зависимостью коэффициентов передачи регулируемых каскадов радиотракта от величины напряжения регулирования. Для упрощения анализа процессов в системе АРУ часто функцию К= К(Ерег) аппроксимируют линейной зависимостью (рисЛ 2.8)

где — тангенс угла наклона характеристики.

Такая аппроксимация регулировочной характеристики при упрощении анализа приводит к некоторому завышению величины искажений огибающей при больших значениях

В предположении отсутствия в радиотракте нелинейных искажений, детектор обратной АРУ, в том числе усиленной, можно представить линейным звеном с коэффициентом передачи Кару (рис. 12.7). Упростим анализ системы обратной АРУ с задержкой, считая радиотракт широкополосным, когда изменение выходного напряжения ивых совпадает с изменением напряжения регулирования Ерег. Тогда при гармоническом воздействии на радиотракт с системой обратной АРУ с задержкой

вызывает появление на выходе сигнала

Если амплитуда выходного сигнала 112(0 меньше напряжения задержки Е3, то напряжение регулирования Ерег = 0 и коэффициент усиления будем максимальным Ко (рис. 12.8)

При амплитуде входного сигнала м/(7) — (7/ амплитуда выходного сигнала будет Е3, а

При м/(7) > (7/ ты огибающая на выходе радиотракта будет определяться

причем изменение Ерег будет определяться уравнением

где Е(Ерег) — линейный дифференциальный оператор, описывающий процессы в ФНЧ.

Применение в качестве фильтра низкой частоты интегрирующей ЯС — цепочки, когда линейный дифференциальный оператор, описывается уравнением

Выражения (12.9), (12.10) и (12.11) приобретают вид

где

При скачкообразном изменении уровня входного сигнала в момент времени t = 0 до значения ui(t) — Ui — const > Ui mi„ поведение системы АРУ в соответствии с (10.11) будет описываться неоднородным линейным дифференциальным уравнением с постоянными коэффициентами:

Полагая, что в начальный момент напряжение на конденсаторе равно нулю, т.е. при t = 0, U 1 = 0, то и напряжение и 2(0) = Ко U). При таких начальных условиях установившееся значение на выходе регулируемого усилителя, определяющееся (12.12) будет равно

Статическая характеристика системы АРУ с задержкой (рис. 12.6а) и определяется системой уравнений (12.16)

Статическая характеристика системы АРУ без задержки описывается более простым соотношением (12.17), полученным из (12.16) при Ез =0

и представлена сплошной кривой на рис. 12.96. Для сравнения штриховой линией на этих рисунках представлены кривые усиления радиотракта приемника без АРУ (V2= и 2

Сравнение формул (12.16) и (12.17) показывает, что введение задержки приводит к увеличению установившегося значения напряжения на величину Д?/ = Е3К1/1 / (1 + К111) . Отсюда следует, что чем выше напряжение задержки, тем при данном увеличении входного сигнала меньше Ерег и большее значение установившегося напряжения.

Качество регулирования, как видно из (12.16) и (12.17) повышается при увеличении К = а Кару, что определяется коэффициентом передачи цепи АРУ (Кару) и количеством регулируемых каскадов.

При воздействии сигнала с амплитудной модуляцией для случая гармонической огибающей и/ (0 = ино(1+т со801)со8(о)о1 +(р), где ино — амплитуда несущего колебания с частотой соо, т — коэффициент модуляции, О — частота модуляции и для одно- или двухзвенного ЯС — фильтра в цепи АРУ, выходное напряжение определяется решением уравнения (12.14). Использование в качестве фильтра однозвенной интегрирующей ЯС — цепи обеспечивает устойчивость системы АРУ при любой частоте модуляции. Однако неправильный выбор параметров ЯС — цепи может привести к существенным искажениям огибающей на выходе регулируемого усилителя. При использовании двухзвенного фильтра в цепи АРУ система АРУ возбуждается при определенном значении коэффициента модуляции. Генерация колебаний происходит в некоторой полосе частот модулирующего колебания и определяется параметрами фильтра.

Для малого значения коэффициента модуляции напряжение на выходе радиотракта в соответствие с (12.10) приближенно определяется

Считая, что коэффициенты модуляции на входе и выходе радиотракта можно рассматривать, как аи,(?) = дих (0/ м 1 (0;»Ь(0 = (0/ м 2 (0 > получим выражение для передаточной функции цепи АРУ, которое при постоянном значении амплитуды несущей ино можно записать

где Р(р) — передаточная функция ФНЧ в символической форме, а р — оператор дифференцирования. Тогда из (12.18) с учетом соотношения К = а Кару получим [3]

Соотношению (12.19) соответствует некоторая следящая система со структурной схемой (рис. 12.10)

В этой схеме радиотракт представлен передаточной функцией 1/КщР(р), охваченный обратной АРУ. Рассматривая ее свойства при использовании фильтра низких частот из одной интегрирующей ЯС — цепочки, когда Б(р) = 1/(РСр +1), передаточная функция системы АРУ для малых значений коэффициентов модуляции

где

Для оценки амплитудно- и фазочастотных искажений, создаваемых в радиотракте, охваченном системой обратной АРУ, положим в (12.19)/; =?0 и вычислим модуль и фазу полученного комплексного коэффициента передачи, откуда

Графики, построенные на основании формул (12.21) и (12.22) показывают (рис. 12.11), что коэффициент модуляции на выходе всегда меньше коэффициента модуляции на входе, то есть существует подавление модуляции (рис. 12.11а). Для заданных Тф и ?2, подавление, обусловленное действием АРУ тем сильнее, чем выше уровень несущей. Это вызвано увеличением быстродействия по мере роста входного сигнала. Фаза огибающей выходного сигнала (рис. 12.11 б) опережает фазу входного сигнала. При малых бкф наблюдается резкое возрастание фазового сдвига с последующим уменьшением. Рабочей областью можно считать область больших значений Отф, где малы так же и амплитудные искажения. По заданной величине амплитудных или фазовых искажений можно определить постоянную времени фильтра цепи АРУ. Так, разрешая (12.21) относительно Тф, можно вычислить постоянную времени ЯС — фильтра по величине подавления амплитудной модуляции в системе АРУ (12.23)

Для радиовещательных и связных приемников АМ сигналов величина Тф = 0,02 -г- 0,2 с. Верхняя граница постоянной времени тф определяется быстродействием системы АРУ.

Автоматические системы регулирования в рпу

Для обеспечения приема сигналов с широким динамическим диапазоном, а также для сохранения постоянства уровня выходного сигнала одной станции в приемнике необходимо предусмотреть регулировку усиления, которая может быть ручной (РРУ) и автоматической (АРУ). РРУ целесообразна лишь при медленных изменениях уровня сигнала, АРУ – при быстрых изменениях уровня сигнала.

В приемниках применяют одновременно обе регулировки (и РРУ и АРУ). Чем ближе расположен регулятор усиления ко входу приемника, тем больше каскадов работает без перегрузок, в линейном режиме с минимальным коэффициентом шума. Поэтому регулятор усиления, в первую очередь АРУ, отрабатывающий как медленное так и быстрое изменение уровня сигнала стремятся расположить в ВЧ-тракте, как можно ближе ко входу приемника. РРУ осуществляется как в ВЧ-тракте, так и в НЧ-тракте. Способы регулировки усиления при РРУ и АРУ следующие:

1 – Изменение крутизны усилительных приборов,

2 – Изменение коэффициента передачи специальных делителей напряжения и глубины отрицательной обратной связи.

Эти регулировки в неменьшей степени влияют на другие параметры приемника. С целью поддержания выходного сигнала на заданном уровне при быстрых и больших изменениях входного сигнала применяются АРУ, которая осуществляется путем автоматического изменения коэффициента усиления. Зависимость коэффициента усиления каскада, охваченного АРУ, от регулировочного напряжения называется регулировочной характеристикой (рис. 1).

Рис. 1 Регулировочная характеристика АРУ.

Рекомендуемые материалы

Изменение коэффициента усиления при изменении регулировочного напряжения на 1 В называется чувствительностью регулировки. Совокупность каскадов приемника, охваченных АРУ, называется системой АРУ. Различают три основные системы АРУ:

1 – Система обратного регулирования (рис. 2).

В ней напряжение сигнала, подлежащее регулировке, снимается с выхода УПЧ и через выпрямитель АРУ (детектор и фильтр АРУ) воздействует на УРЧ, смеситель (См) и УПЧ, изменяя их коэффициент усиления. Все элементы системы АРУ образуют замкнутое кольцо обратной связи.

Описание: рис11(1)

Рис. 2 Система обратного регулирования.

2 – Система прямого регулирования (без рисунка).

Регулирующее напряжение формируется выпрямителем АРУ и воздействует на УРЧ, См и УПЧ приемника, изменяя их коэффициент усиления. Замкнутого кольца обратной связи здесь не образуется. Такая система содержит усилитель АРУ. При малых сигналах он нужен, а при больших — перегружается, и возникают искажения. Поэтому такая система применяется редко.

3 – Комбинированная система АРУ (рис. 3).

Она содержит как систему прямого, так и обратного регулирования.

Описание: измененный

Рис. 3 Комбинированная система АРУ.

В зависимости от уровня сигнала, при котором начинается регулированное усиление, различают системы АРУ без задержки, с задержкой и бесшумное АРУ (рис. 4).

а) без АРУ б) с простой АРУ в) АРУ с задержкой г) АРУ с бесшумной

Рис. 4 Амплитудные характеристики приемников.

В системах АРУ без задержки (простая АРУ) регулирование усиления происходит во всем динамическом диапазоне принимаемых сигналов. При малых сигналах ограничивать усиление, а значит снижать уровень выходного сигнала нецелесообразно. В этом случае применяют АРУ с задержкой, в которой регулирование усиления начинается лишь с некоторого уровня входного сигнала, называемого порогом срабатывания АРУ ( на рис. 4 в). До достижения порога срабатывания усиление происходит без регулирования. В процессе перестройки РПУ с одной станции на другую, когда полезный сигнал на входе отсутствует, приемник усиливает собственные шумы и помехи. Поэтому систему АРУ модернизируют так, что при сигнале, меньшем, чем чувствительность приемника усилительный тракт запирался системой АРУ (бесшумная АРУ). В этом случае настройка РПУ будет бесшумной, и АРУ в этом случае называют бесшумным. Для исключения опасности самовозбуждения система АРУ использует однозвенные RC-фильтры. Переходный процесс в них носит апериодический характер. В случае использования детектора АРУ основного детектора приемника возникает противоречие между требованиями к фильтру основного детектора и к фильтру детектора АРУ. Поэтому постоянная времени фильтра детектора АРУ (τ = RC) выбирается значительно больше максимального периода модуляции сигнала. При совмещении функций основного детектора с функциями детектора АРУ предусматривают раздельные фильтрующие цепи для основного сигнала и для системы АРУ (рис. 5).

Описание: рис11(5)

Рис. 5 Пример схемы с совмещенными детекторами сигнала и АРУ.

Параметры элементов выбираются в соответствии с условием безинерционности амплитудных детекторов. Постоянная времени фильтра АРУ должна соответствовать условию:

.

Но постоянная времени АРУ ограничена сверху максимальным периодом затухания сигнала, это значит, что .

Практически постоянную времени фильтра АРУ выбирают для радиовещательных РПУ в пределах В схеме АРУ с задержкой (рис. 6) регулирование коэффициента усиления УПЧ будет происходить лишь после того, как регулировочное напряжение превысит напряжение стабилизации стабилитрона VD2. До этого момента регулировочное напряжение равно 0. После открытия стабилитрона регулировочное напряжение будет равно разности напряжений на выходе фильтра АРУ и напряжения стабилизации стабилитрона :

Описание: рис11(6)

Рис. 6 Схема АРУ с задержкой.

Напряжение стабилизации стабилитрона должно соответствовать требуемому напряжению задержки. В рассмотренной схеме резистор R необходим для обеспечения режима работы стабилитрона VD2. Остальные элементы выполняют свои обычные функции. В простых схемах АРУ, где не предъявляются жесткие требования к напряжению задержки и его стабильности вместо стабилитрона можно использовать кремниевый диод, поскольку он открывается лишь после того, как напряжение на нем превысит 0.05 – 0.15 В. Это напряжение и будет напряжением задержки.

Регулировка коэффициента усиления усилителей часто осуществляется изменением крутизны усиления усилительных приборов. Один из вариантов такой АРУ в транзисторном приёмнике показан на рис. 7. Регулировка усиления в таких схемах достигается изменением крутизны усиления транзисторов VT1 и VT2, на которых собраны два каскада УПЧ, изменением режимов работы этих транзисторов. На транзисторе VT3 собран коллекторный детектор АРУ, нагрузкой которого является цепочка R10Cl0, a элементы R13C11 выполняют функции фильтра АРУ.

Исходное напряжение смещения и термостабилизации транзисторов VTl и VT2 обеспечивается делителями напряжения соответственно R10R13R3R1R2R4 и R10R13R7R5R6R8. Подачей отрицательного напряжения смещения на эмиттер транзистора VT3 обеспечивается режим работы АРУ с задержкой. Это объясняется тем, что детектор АРУ будет закрыт, пока напряжение на базе транзистора ,VT3 не превысит порога срабатывания, определяемого напряжением на резисторе в цепи эмиттера R11. Как только напряжение />превысит порог срабатывания системы АРУ, транзистор VT3 откроется и напряжение на его коллекторе снизится. Это приведёт к уменьшению токов в делителях R13R3R1R2 и R13R7R5R6, которые задают базовые токи транзисторов VT1 и VT2, что, в свою очередь, снизится их коэффициент усиления. Чем больше выходное напряжение />, тем в большей степени открывается транзистор VT3, тем больше уменьшаются токи делителей и коэффициенты усиления транзисторов VT1 и VT2.

Изменение базовых токов транзисторов VT1 и VT2 при действии системы АРУ приводит к изменению токов эмиттеров этих транзисторов и соответственно к изменению падении напряжении на резисторах R4 и R8. Характер этих изменений напряжения таков, что они противодействуют причине, их вызывающей, то есть снижают эффективность действия АРУ. Резисторы в цепи эмиттера R4 и R8 являются элементами термостабилизации транзисторов VT1 и VT2. Поэтому, там, где это возможно, с целью подавления снижения эффективности действия АРУ в каскадах УПЧ, охваченных АРУ, термостабилизация не применяется.

Резистор R3 и конденсатор С1, а также резистор R7 и конденсатор С5 образуют фильтры, предотвращающие взаимное влияние каскадов УПЧ. Остальные элементы схемы выполняют свои обычные функции.

Модэ-шаньюй, Елюй Даши, К. Тыныстанов — лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.

На рис. 8 представлена схема АРУ с управляемым делителем напряжения. На этой схеме управляемый делитель напряжения образован сопротивлением диода VD1 и входным сопротивлением второго каскада УПЧ на транзисторе VT2 (первый каскад УПЧ собран на транзисторе VT1). Регулирующее напряжение снимается с детектора АРУ на диоде VD2 и усиливается усилителем постоянного тока на транзисторе VT3. Детектор АРУ является последовательным диодным детектором с нагрузкой,

В исходном состоянии диод VD1 полностью открыт напряжением, формируемым делителем R18R12R8R7R6R5 и коэффициент передачи управляемого делителя максимален. Как только выходное напряжение превысит порог срабатывания системы АРУ, диод VD2 откроется, и напряжение нагрузки с детектора АРУ через резистор R16 поступит на базу транзистора VT3, закрывая его. Это приведёт к росту отрицательного напряжения на коллекторе транзистора VT3, которое, будучи поданным через резисторы R12 и R8 на анод диода VD1, закроет диод, увеличив его сопротивление и тем самым, уменьшив коэффициент передачи управляемого делителя. Фильтр АРУ в этой схеме состоит из цепочек R15R16C11C12 и R12C7. Остальные элементы схемы выполняют свои обычные функции.

Как влияет постоянная времени на работу ару

Как известно, в радиовещательных приемниках аналоговых сигналов, использующих в преселекторе и тракте промежуточной частоты резонансные усилители, чаще всего находит применение режимная АРУ (рис. 12.1). Постоянная составляющая с детектора АРУ (детектор, специально предназначенный для формирования напряжения регулирования) или детектора сигнала, через дополнительный фильтр постоянной составляющей, управляющее напряжение рег) подается на базы (эмиттеры) регулируемых усилителей, изменяет положение рабочей точки (крутизну) транзистора на проходной характеристике, а значит, и коэффициент усиления. При увеличении сигнала постоянное напряжение на нагрузке детектора возрастает. Однако, применяемая полярность включения диода, приводит к приращению отрицательной по знаку постоянной составляющей напряжения, что уменьшает напряжение на базе транзистора регулируемого усилителя и, как следствие, уменьшается крутизна его характеристики и коэффициент усиления.

Постоянная времени ЯС фильтра определяет скорость срабатывания регулировки, т.е. быстроту реакции системы АРУ на изменение напряжения на входе усилителя. Если постоянная времени мала, то при амплитудной модуляции сигнала, регулирующее напряжение будет содержать низкочастотную составляющую. При этом, если фильтр не вызывает фазового сдвига напряжения, то увеличение амплитуды сигнала в процессе модуляции будет приводить к синхронному изменению смещения на базе регулируемого и уменьшать усиление.

Уменьшение амплитуды будет сопровождаться увеличением коэффициента усиления. В результате в регулируемом усилителе будет происходить уменьшение глубины модуляции (демодуляция сигнала). Соотношение составляющих спектра выходного сигнала зависит также от параметров выходного фильтра (фазо-частотной характеристики), а отсюда и демодуляция будет проявляться по-разному на различных частотах, т.е. появятся частотные искажения.

В некоторых случаях фазовый сдвиг, вносимый фильтром, может приводить к возрастанию коэффициента модуляции, и одновременно увеличивать нелинейные искажения в детекторе и усилителе низкой частоты.

Слишком малая постоянная времени фильтра, приводит к плохой фильтрации напряжения низкой частоты, и будет вызывать изменение коэффициента усиления с частотой огибающей, т.е. изменению формы огибающей напряжения и появлению нелинейных искажений сигнала после детектирования.

Излишне большое значение постоянной времени фильтра будет приводить к тому, что регулирующее напряжение не будет успевать следовать за изменением сигнала при перестройке или кратковременных замираниях сигнала.

Рассмотрим процессы, протекающие в радиотракте, охваченном системой АРУ. В радиовещательных приемниках наибольшее распространение получила обратная усиленная АРУ, с одним — двумя каскадами с регулируемым усилением в структуре радиотракта. Структурная схема радиотракта, в котором применена обратная АРУ, приведена на рис. 12.7.

Усилительные каскады радиотракта, усиление которых определяется напряжением регулирования Ерег, представлены узлом с коэффициентом передачи К(Ерег), зависящим от регулирующего напряжения Ерег, которое создается на выходе фильтра низкой частоты Е(Ерег) при работе АРУ. Регулировочная характеристика радиотракта К= К(Ерег) (рис. 12.8) в общем случае имеет нелинейный характер, определяемый нелинейной зависимостью коэффициентов передачи регулируемых каскадов радиотракта от величины напряжения регулирования. Для упрощения анализа процессов в системе АРУ часто функцию К= К(Ерег) аппроксимируют линейной зависимостью (рисЛ 2.8)

где — тангенс угла наклона характеристики.

Такая аппроксимация регулировочной характеристики при упрощении анализа приводит к некоторому завышению величины искажений огибающей при больших значениях

В предположении отсутствия в радиотракте нелинейных искажений, детектор обратной АРУ, в том числе усиленной, можно представить линейным звеном с коэффициентом передачи Кару (рис. 12.7). Упростим анализ системы обратной АРУ с задержкой, считая радиотракт широкополосным, когда изменение выходного напряжения ивых совпадает с изменением напряжения регулирования Ерег. Тогда при гармоническом воздействии на радиотракт с системой обратной АРУ с задержкой

вызывает появление на выходе сигнала

Если амплитуда выходного сигнала 112(0 меньше напряжения задержки Е3, то напряжение регулирования Ерег = 0 и коэффициент усиления будем максимальным Ко (рис. 12.8)

При амплитуде входного сигнала м/(7) — (7/ амплитуда выходного сигнала будет Е3, а

При м/(7) > (7/ ты огибающая на выходе радиотракта будет определяться

причем изменение Ерег будет определяться уравнением

где Е(Ерег) — линейный дифференциальный оператор, описывающий процессы в ФНЧ.

Применение в качестве фильтра низкой частоты интегрирующей ЯС — цепочки, когда линейный дифференциальный оператор, описывается уравнением

Выражения (12.9), (12.10) и (12.11) приобретают вид

где

При скачкообразном изменении уровня входного сигнала в момент времени t = 0 до значения ui(t) — Ui — const > Ui mi„ поведение системы АРУ в соответствии с (10.11) будет описываться неоднородным линейным дифференциальным уравнением с постоянными коэффициентами:

Полагая, что в начальный момент напряжение на конденсаторе равно нулю, т.е. при t = 0, U 1 = 0, то и напряжение и 2(0) = Ко U). При таких начальных условиях установившееся значение на выходе регулируемого усилителя, определяющееся (12.12) будет равно

Статическая характеристика системы АРУ с задержкой (рис. 12.6а) и определяется системой уравнений (12.16)

Статическая характеристика системы АРУ без задержки описывается более простым соотношением (12.17), полученным из (12.16) при Ез =0

и представлена сплошной кривой на рис. 12.96. Для сравнения штриховой линией на этих рисунках представлены кривые усиления радиотракта приемника без АРУ (V2= и 2

Сравнение формул (12.16) и (12.17) показывает, что введение задержки приводит к увеличению установившегося значения напряжения на величину Д?/ = Е3К1/1 / (1 + К111) . Отсюда следует, что чем выше напряжение задержки, тем при данном увеличении входного сигнала меньше Ерег и большее значение установившегося напряжения.

Качество регулирования, как видно из (12.16) и (12.17) повышается при увеличении К = а Кару, что определяется коэффициентом передачи цепи АРУ (Кару) и количеством регулируемых каскадов.

При воздействии сигнала с амплитудной модуляцией для случая гармонической огибающей и/ (0 = ино(1+т со801)со8(о)о1 +(р), где ино — амплитуда несущего колебания с частотой соо, т — коэффициент модуляции, О — частота модуляции и для одно- или двухзвенного ЯС — фильтра в цепи АРУ, выходное напряжение определяется решением уравнения (12.14). Использование в качестве фильтра однозвенной интегрирующей ЯС — цепи обеспечивает устойчивость системы АРУ при любой частоте модуляции. Однако неправильный выбор параметров ЯС — цепи может привести к существенным искажениям огибающей на выходе регулируемого усилителя. При использовании двухзвенного фильтра в цепи АРУ система АРУ возбуждается при определенном значении коэффициента модуляции. Генерация колебаний происходит в некоторой полосе частот модулирующего колебания и определяется параметрами фильтра.

Для малого значения коэффициента модуляции напряжение на выходе радиотракта в соответствие с (12.10) приближенно определяется

Считая, что коэффициенты модуляции на входе и выходе радиотракта можно рассматривать, как аи,(?) = дих (0/ м 1 (0;»Ь(0 = (0/ м 2 (0 > получим выражение для передаточной функции цепи АРУ, которое при постоянном значении амплитуды несущей ино можно записать

где Р(р) — передаточная функция ФНЧ в символической форме, а р — оператор дифференцирования. Тогда из (12.18) с учетом соотношения К = а Кару получим [3]

Соотношению (12.19) соответствует некоторая следящая система со структурной схемой (рис. 12.10)

В этой схеме радиотракт представлен передаточной функцией 1/КщР(р), охваченный обратной АРУ. Рассматривая ее свойства при использовании фильтра низких частот из одной интегрирующей ЯС — цепочки, когда Б(р) = 1/(РСр +1), передаточная функция системы АРУ для малых значений коэффициентов модуляции

где

Для оценки амплитудно- и фазочастотных искажений, создаваемых в радиотракте, охваченном системой обратной АРУ, положим в (12.19)/; =?0 и вычислим модуль и фазу полученного комплексного коэффициента передачи, откуда

Графики, построенные на основании формул (12.21) и (12.22) показывают (рис. 12.11), что коэффициент модуляции на выходе всегда меньше коэффициента модуляции на входе, то есть существует подавление модуляции (рис. 12.11а). Для заданных Тф и ?2, подавление, обусловленное действием АРУ тем сильнее, чем выше уровень несущей. Это вызвано увеличением быстродействия по мере роста входного сигнала. Фаза огибающей выходного сигнала (рис. 12.11 б) опережает фазу входного сигнала. При малых бкф наблюдается резкое возрастание фазового сдвига с последующим уменьшением. Рабочей областью можно считать область больших значений Отф, где малы так же и амплитудные искажения. По заданной величине амплитудных или фазовых искажений можно определить постоянную времени фильтра цепи АРУ. Так, разрешая (12.21) относительно Тф, можно вычислить постоянную времени ЯС — фильтра по величине подавления амплитудной модуляции в системе АРУ (12.23)

Для радиовещательных и связных приемников АМ сигналов величина Тф = 0,02 -г- 0,2 с. Верхняя граница постоянной времени тф определяется быстродействием системы АРУ.

Импульсные системы АРУ

Их специфическая особенность — выбор постоянной времени фильтра АРУ.

Инерционные АРУ (ИАРУ)

Применяются в тех приёмниках, где нужно, чтобы АРУ не искажала полезную амплитудную модуляцию пачки импульсов, например, в РЛС сопровождения цели по угловым координатам.

ДРИ — детектор радиоимпульсов

СК — селекторный каскад.

Инерционность достигается за счёт того, что роль фильтра АРУ выполняет пиковый детектор с нагрузкой в виде цепи RC с большой постоянной времени. Для того чтобы мощные помеховые сигналы не влияли на работу АРУ, т.е. чтобы АРУ работала по полезному сигналу, в систему вводится селекторный каскад, который открывается стробирующим импульсом от схемы сопровождения. Мощная помеха надолго бы уменьшала усиление приемника, т.е. ухудшала бы его чувствительность для полезного сигнала.

Быстродействующая АРУ (БАРУ)

Применяется главным образом в обзорных PЛC. Регулировка ведется в пределах каждого импульса. В этих случаях ф = RC фильтра очень мала. Поэтому АРУ выглядит как детектор с малой постоянной времени фильтра.

В импульсных схемах АРУ анализ устойчивости АРУ более сложен. При малой инерционности и большой глубине регулирования возникает самовозбуждение на частоте .

— быстродействующая АРУ в режиме самовозбуждения на

Высокое быстродействие не позволяет получить большой глубины регулирования по соображениям устойчивости, и поэтому для ее увеличения приходится применять несколько последовательных петель БАРУ (рис. 1.28). Причём обычно одна петля охватывает всего один усилительный каскад.

Быстродействующие АРУ могут использовать по прямому назначению при длительности импульсов 1-2 мкс, но системы БАРУ могут использоваться в импульсных приемниках с более короткими импульсами для повышения помехоустойчивости к помехам большой амплитуды и длительности. Это можно объяснить следующим образом (рис.16).

На рисунках показана АХ приемника, она выглядит так, как в приемнике без АРУ, поскольку импульсы короткие и АРУ сработать не успевает.

Если одновременно с мощной длительной помехой подается слабый короткий импульс, на выходе он практически был бы подавлен из-за нелинейности ВАХ (в соответствии с рис. 1.29 а). Поскольку помеха длительная, АРУ успевает сработать и снижает усиление (на рис. 1.29 пунктир), тогда импульс нормально усиливается и на выходе он отчетливо виден (рис. 1.29 б).

Использует УПЧ с логарифмической амплитудной характеристикой.

В импульсных приемниках РЛС применяются «временные» системы АРУ (ВАРУ).

Пусковой импульс 1 от модулятора РЛС, генерируемый одновременно с зондирующим импульсом, запускает генератор регулирующего напряжения (ГРН). Примерная форма напряжения показана на рис. 1.30. В начальный момент времени это напряжение вообще может запирать приёмный тракт, осуществляя «блокирование» приёмника. Затем по мере уменьшения Up усиление приёмника увеличивается, доходя до максимально возможного. Таким образом, усиление оказывается связанным с дальностью, благодаря чему и достигаются указанные выше цели применения ВРУ. Форма и скорость изменения Uр(t) устанавливаются в зависимости от конкретных условий. Система ВРУ является совершенно автономной, не связанной с интенсивностью входного сигнала в каждый данный момент времени.

Устройства выдержки больших интервалов времени

τ – постоянная времени RC-цепи – это временна́я характеристика простой электрической цепи, в которой происходит изменение заряда конденсатора С за счёт его разряда через сопротивление R. Постоянная времени вычисляется как τ=R*C [Ф*Ом], что эквивалентно размерности «секунда» [c].
Как показано на рисунке, постоянная времени τ входит в аналитическую функцию описания процесса изменения напряжения на конденсаторе U(t) при его заряде от источника напряжения через сопротивление R. На рисунке U(0) – это начальное напряжение на конденсаторе (в момент времени t=0), а U(∞) – это напряжение источника напряжения, к которому асимтотически стремится U(t).

За время, равное τ, напряжение на конденсаторе изменяется от U(0) до U(∞) + [U(0) — U(∞)]/e, где e=2,718. .

Экспоненциальный заряд конденсатора происходит для случая U(∞) > U(0), а экспоненциальный разряд – для случая U(∞) -t/τ ) в моменты времени t от t=0,001τ до t=10τ протекания экспоненциального процесса.

Время процесса в единицах τ=RC Доля неустановившейся величины напряжения e -t/τ
*100, % *10 6 , ppm
0,001τ ≈99,9% ≈999000
0,01τ ≈99% ≈990000
0,1τ ≈90% ≈900000
0,5τ ≈61% ≈610000
τ ≈37% ≈370000
≈14% ≈140000
≈5,0% ≈50000
≈1,8% ≈1800
≈0,67% ≈6700
≈0,25% ≈2500
≈0,091% ≈910
≈0,034% ≈340
≈0,012% ≈120
10τ ≈0,0045% ≈45

Понятие постоянной времени RC-цепи помогает оценить время протекания процесса при анализе эквивалентных электрических схем, содержащих RC-цепи. Заметим только, что понятие постоянной времени не применимо для частного случая заряда-разряда конденсатора постоянным током, где закон изменения напряжения и заряда на конденсаторе имеет линейный характер, а не экспоненциальный.

Постоянные времени RC-цепей (в качестве величин с прозрачным физическим смыслом) участвуют в аналитических решениях дифференциальных уравнений, описывающих не только экспоненциальные процессы в электрических схемах, содержащих RC-цепи (например, пассивные и активные RC-фильтры).

RC цепь RC цепь RC цепь RC цепь RC цепь RC цепь RC цепь RC цепьRC цепь

Реакция на скачок с произвольными начальными условиями [ править ]

Переходная характеристика системы для двух различных начальных значений V
0 , одно выше конечного значения, а другое — при нуле. Длительный отклик постоянен,
V
∞ . Ось времени в единицах постоянной времени . τ

Предположим, что функция принуждения выбрана в качестве пошагового входа, поэтому:

(
t
) ступенчатой ​​функцией Хевисайда. Общее решение этого уравнения для времен
t
≥ 0 с при условии, что
V
(
t
= 0) =
V
0 :
V ( t ) = V 0 e − t / τ + A τ ( 1 − e − t / τ ) . e^ +A\tau \left(1-e^ \right).>
(Можно заметить, что этот отклик является пределом ω → 0 вышеупомянутого отклика на синусоидальный вход.)

Долгосрочное решение не зависит от времени и начальных условий:

Постоянная времени остается неизменной для той же системы независимо от условий запуска. Проще говоря, система приближается к своей конечной устойчивой ситуации с постоянной скоростью, независимо от того, насколько она близка к этому значению в любой произвольной начальной точке.

Например, рассмотрим электродвигатель, запуск которого хорошо моделируется системой LTI первого порядка. Предположим, что при запуске из состояния покоя двигатель принимает1/8секунды, чтобы достичь 63% номинальной скорости 100 об / мин, или 63 об / мин, то есть меньше 37 об / мин. Тогда окажется, что после следующего1/8секунды двигатель увеличил скорость на 23 об / мин, что составляет 63% от этой разницы в 37 об / мин. Это доводит его до 86 об / мин, что все еще составляет 14 об / мин. Через треть ⅛ секунды двигатель наберет дополнительные 9 об / мин (63% от этой разницы в 14 об / мин), что означает 95 об / мин.

Фактически, при любой

начальной скорости
s
≤ 100 об / мин, 1/8через секунду этот конкретный двигатель получит дополнительные 0,63 × (100
с
) об / мин.

Определение постоянной времени. Переходные процессы в R-L-C-цепи.

Переходные процессы в цепи с одним накопителем энергии и произвольным числом резисторов

Как отмечалось в предыдущей лекции, линейная цепь охвачена единым переходным процессом. Поэтому в рассматриваемых цепях с одним накопителем энергии (катушкой индуктивности или конденсатором) – цепях первого порядка – постоянная времени будет одной и той же для всех свободных составляющих напряжений и токов ветвей схемы, параметры которых входят в характеристическое уравнение.

Общий подход к расчету переходных процессов в таких цепях основан на применении теоремы об активном двухполюснике: ветвь, содержащую накопитель, выделяют из цепи, а оставшуюся часть схемы рассматривают как активный двухполюсник А (эквивалентный генератор) (см. рис.1, а) со схемой замещения на рис. 1,б.

Совершенно очевидно, что постоянная времени здесь для цепей с индуктивным элементом определяется, как:

и с емкостным, как:

где — входное сопротивление цепи по отношению к зажимам 1-2 подключения ветви, содержащей накопитель энергии.

Например, для напряжения на конденсаторе в цепи на рис. 2 можно записать

где в соответствии с вышесказанным

Переходные процессы при подключении последовательной R-L-C-цепи к источнику напряжения

Рассмотрим два случая:

Согласно изложенной в предыдущей лекции методике расчета переходных процессов классическим методом для напряжения на конденсаторе в цепи на рис. 3 можно записать

Тогда для первого случая принужденная составляющая этого напряжения

Характеристическое уравнение цепи

решая которое, получаем

В зависимости от соотношения параметров цепи возможны три типа корней и соответственно три варианта выражения для свободной составляющей:

1. или , где — критическое сопротивление контура, меньше которого свободный процесс носит колебательный характер.

2. — предельный случай апериодического режима.

В этом случае и

3. — периодический (колебательный) характер переходного процесса.

В этом случае и

где — коэффициент затухания; — угловая частота собственных колебаний; — период собственных колебаний.

Для апериодического характера переходного процесса после подстановки (2) и (3) в соотношение (1) можно записать

Для нахождения постоянных интегрирования, учитывая, что в общем случае и в соответствии с первым законом коммутации , запишем для t=0 два уравнения:

решая которые, получим

Тогда ток в цепи

и напряжение на катушке индуктивности

На рис. 4 представлены качественные кривые , и , соответствующие апериодическому переходному процессу при .

Для критического режима на основании (2) и (4) можно записать

Для колебательного переходного процесса в соответствии с (2) и (5) имеем

Для нахождения постоянных интегрирования запишем

На рис. 5представлены качественные кривые и , соответствующие колебательному переходному процессу при .

При подключении R-L-C-цепи к источнику синусоидального напряжения для нахождения принужденных составляющих тока в цепи и напряжения на конденсаторе следует воспользоваться символическим методом расчета, в соответствии с которым

Здесь также возможны три режима:

Наибольший интерес представляет третий режим, связанный с появлением во время переходного процесса собственных колебаний с частотой . При этом возможны, в зависимости от соотношения частот собственных колебаний и напряжения источника, три характерные варианта: 1 — ; 2 — ; 3 — , — которые представлены на рис. 6,а…6,в соответственно.

  1. Основы теории цепей: Учеб. для вузов /Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил, С.В.Страхов. –5-е изд., перераб. –М.: Энергоатомиздат, 1989. -528с.
  2. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. Учеб. для студентов электротехнических, энергетических и приборостроительных специальностей вузов. –7-е изд., перераб. и доп. –М.: Высш. шк., 1978. –528с.
  3. Теоретические основы электротехники. Учеб. для вузов. В трех т. Под общ. ред. К.М.Поливанова. Т.1. К.М.Поливанов. Линейные электрические цепи с сосредоточенными постоянными. –М.: Энергия- 1972. –240с.
  1. Как можно определить постоянную времени в цепи с одним накопителем энергии по осциллограмме тока или напряжения в какой-либо ветви?
  2. Определить, какой процесс: заряд или разряд конденсатора в цепи на рис. 2 – будет происходить быстрее?
Ссылки [ править ]
  1. Бела Г. Липтак (2003). Справочник приборостроителя: Управление процессами и оптимизация
    (4-е изд.). CRC Press. п. 100. ISBN 978-0-8493-1081-2 .
  2. Бонг Ви (1998). Динамика и управление космическим аппаратом
    . Американский институт аэронавтики и астронавтики. п. 100 . ISBN 978-1-56347-261-9 .
  3. GR North (1988). «Уроки моделей энергетического баланса» . В Майкле Э. Шлезингере (ред.). Физическое моделирование и моделирование климата и климатических изменений
    (Институт перспективных исследований НАТО по физическому моделированию, ред.). Springer. НАТО. п. 627. ISBN 978-90-277-2789-3 .
  4. Харрис, D .; Сазерленд, И. (2003). «Логическая попытка переноса сумматоров распространения». Тридцать седьмая Asilomar конференция сигналов, системы и компьютеры, 2003
    . С. 873–878. DOI : 10,1109 / ACSSC.2003.1292037 . ISBN 0-7803-8104-1 .
  5. ^ аб
    Роланд Винн Льюис; Перумал Нитиарасу; К. Н. Ситхараму (2004).
    Основы метода конечных элементов для тепловых и жидких потоков
    . Вайли. п. 151. ISBN. 978-0-470-84789-3 .
Постоянная времени RC — RC time constant

Постоянная времени RC

, также называемая тау, постоянная времени (в секундах ) RC-цепи , равна произведению сопротивления цепи (в омах ) на емкость цепи (в фарадах ), т. Е.

τ знак равно р C [секунды]

Это время, необходимое для зарядки конденсатора через резистор от начального напряжения заряда, равного нулю, до примерно 63,2% от значения приложенного напряжения постоянного тока или для разряда конденсатора через тот же резистор примерно до 36,8% от его начального значения. напряжение заряда. (Эти значения получены из математической константы e

: и .) Следующие формулы используют ее, принимая постоянное напряжение, приложенное последовательно к конденсатору и резистору, для определения напряжения на конденсаторе в зависимости от времени: 63,2 % знак равно 1 — е — 1 >

“Волшебные” свойства RC цепочки

«Волшебные» свойства обычного ФНЧ — RC фильтра. В данном топике я расскажу, как можно использовать свойства данного типа пассивного фильтра не по прямому назначению. Иногда может быть полезнее, проще и «дешевле» использовать аналоговую схемотехнику, чем сложные программные реализации или другое более дорогостоящее оборудование.

Предисловие.

Рассмотрим простейший аналоговый фильтр – RC цепочку или ФНЧ (фильтр низких частот). Про него написано много и по делу. Но мы попробуем использовать его свойства не по прямому назначению. Данный фильтр является пассивным ФНЧ 1-го порядка. Его характеристики для качественной фильтрации сигнала далеки от оптимальных. Но для рассматриваемого случая их хватит.

Не много формул

Вспомним основные характеристики RC цепи. Схема данного ФНЧ выглядит следующим образом.

Комплексный коэффициент передачи данного фильтра вычисляется по закону Ома и имеет следующий вид: Значение силы тока в цепи равно: Подставляя значение тока в первую формулу получим: R- сопротивление резистора в цепочки, Zc – реактивное сопротивление конденсатора в цепи. Где. Формула для передаточного коэффициента примет окончательный вид: Так как коэффициент является мнимой функцией, то у нас возникает разность фаз между входным и выходным напряжением. Угол этого сдвига вычисляется по формуле: Так как угол со знаком «минус», это означает что выходное напряжение отстает от входного на угол ⱷ.
Этим свойством фильтра мы и воспользуемся.

Принцип автоматической регулировки усиления в приемниках (АРУ).

Напряжение входного сигнала приёмника может изменяться в очень больших пределах на 40…80 дБ (10 2 …10 4 раз), что вызывает изменение уровня, а, следовательно, и мощности сигнала на выходе приёмника. Для защиты оконечных устройств от перегрузки необходимо регулировать усиление приёмника в таких же пределах. Ручная регулировка усиления позволяет обеспечить нормальную работу приёмника только при очень медленных изменениях уровня входного сигнала, например, при перестройке с одной радиостанции на другую, да и то – сопряжена с эксплуатационными неудобствами. При больших скоростях изменения уровня входного сигнала, например при быстрых замираниях радиоволн, необходимо использовать автоматическую регулировку усиления (АРУ).

Таким образом, АРУ должна обеспечить относительное постоянство напряжения сигнала на выходе детектора и приёмника при изменении напряжения сигнала на входе РПУ.

Рассмотрим наиболее часто применяемую инерционную систему АРУ непрерывного действия с обратным регулированием (за счёт обратной связи по постоянному току) (Рис.2).

Рис.2 Структурная схема АРУ.

Приведённая на Рис.2 схема АРУ обеспечивает уменьшения усиления УРЧ и УПЧ при увеличении уровня входного сигнала UВХ и, наоборот, увеличение усиления при снижении уровня сигнала. Регулировка осуществляется за счёт отбора энергии полезного сигнала UС и преобразования его в постоянное регулирующее напряжение UРЕГ, изменяющееся пропорционально амплитуде входного сигнала UВХ. Этим напряжением регулируется усиление каскадов УРЧ и некоторых каскадов УПЧ так, чтобы уровень выходного напряжения UВЫХ практически не изменялся.

Сигнал промежуточной частоты UС = UПР с выхода УПЧ детектируется амплитудным детектором АРУ (АДАРУ) и фильтруется в ФНЧ с постоянной времени tФНЧ = 0,1…0,3 сек.

Большее значение tФНЧ > 0,3 сек приведёт к недопустимому увеличению инерционности системы АРУ, что будет заметно на слух при резком изменении уровня входного сигнала.

Меньшее значение tФНЧ < 0,1 сек, из-за недостаточной фильтрации звуковых частот может привести к демодуляции сигнала и появлению искажений.

Регулировка усиления каскадов может осуществляться различными способами:

— изменением крутизны характеристики усилительных элементов (КU = S RН);

— изменением сопротивления нагрузки усилительных элементов (КU = S RН);

— изменением напряжения питания усилительных элементов (КU

Два последних способа менее эффективны, так как пределы регулировки усиления не превышают 2…4 раза на один каскад. Регулировка за счёт изменения режима работы транзистора по базовой цепи (изменением крутизны входной динамической характеристики) позволяет изменять усиление каскада в 8…10 раз.

Для этой цели разработаны специальные транзисторы с переменной крутизной, в которых растянутый начальный участок входной динамической характеристики позволяет плавно и в широких пределах изменять её крутизну (Рис.3). К таким транзисторам можно отнести ГТ328, ГТ346, КТ3127, КП307 и много других.

На Рис.3 видно, что при увеличении начального базового смещения U’ > U рабочая точка перемещается на участок с большей крутизной входной динамической характеристики. При этом амплитуда базового тока увеличивается I’Бm > IБm за счёт увеличения усиления транзистора.

Изменение U происходит автоматически по системе АРУ при помощи регулирующего напряжения UРЕГ.

Рис.3 Пояснение принципа регулировки усиления транзистора изменением напряжения базового смещения U.

При выборе каскадов для регулировки усиления в системе АРУ необходимо учитывать следующее:

1. Амплитуда усиливаемого сигнала должна быть малой, чтобы использование нелинейных участков характеристик транзисторов не привело к появлению нелинейных искажений. С этой точки зрения пригодны все каскады УРЧ и первые каскады УПЧ.

2. Нельзя использовать в качестве регулируемых узкополосные полосовые усилители с нагрузкой в виде ФСС или пьезофильтров. Значительное изменение режимов работы транзисторов может привести к изменению межэлектродных ёмкостей транзистора, а следовательно к расстройке избирательной системы.

3. Нельзя регулировать усиление в смесительных каскада преобразователей частоты, так как при этом нарушается оптимальный режим их работы.

На Рис.4 приведены амплитудные характеристики приёмника для различных типов АРУ.

Если в приёмнике отсутствует АРУ, то зависимость амплитуды выходного напряжения от амплитуды входного UВЫХ = ƒ(UВХ) соответствует кривой 1. При слабых сигналах она линейна, а при сильных в последних каскадах приёмника наступает перегрузка и усиление приёмника уменьшается, что приводит к появлению искажений.

При наличии простой АРУ (кривая 2) регулирующее напряжение создаётся и используется при любых амплитудах входного сигнала. Недостатком простой АРУ является то, что усиление приёмника снижается не только для сильных сигналов, но и для самых слабых (хотя и в меньшей степени), для приёма которых необходимо использовать полное усиление приёмника.

Рис.4 Амплитудные харктеристики приёмника. 1 – без АРУ; 2 – с простой АРУ; 3 – при задержанной АРУ; 4 – при задержанной и усиленной АРУ.

Этот недостаток устраняется в задержанной АРУ (кривая 3), где регулирование начинается тогда, когда напряжение на входе приёмника достигнет определённого уровня. Подобный режим можно получить, если подать на диод детектора АРУ некоторое запирающее напряжение, называемое напряжением задержки UЗАД. Его обычно выбирают равным амплитуде напряжения на входе детектора, которое соответствуюет номинальной чувствительности приёмника UЗАД = UВХ.МИН. Таким образом при увеличении уровня сигнала от 0 до UВХ.МИН система АРУ не действует и увеличение выходного напряжения происходит по кривой 1. После того как уровень сигнала превысит UЗАД, начинает действовать АРУ и выходное напряжение будет изменяться далее по кривой 3. Для регулирования усиления в высокочувствительных каскадах УРЧ применение АРУ с задержкой обязательно.

Для улучшения стабилизирующего действия системы АРУ в её шину вводят дополнительные усилители постоянного тока УПТ. Такая АРУ называется задержанной и усиленной (кривая 4).

Эффективность АРУ характеризуется следующими показателями:

— величиной изменения входного напряжения Д= UВХ.МАХUВХ.МИН;

— допустимой величиной изменения выходного напряжения В = UВЫХ.МАХUВЫХ.МИН;

— величиной изменения коэффициента усиления системой АРУ: Д ⁄ В (раз).

Для приёмников высшей группы сложности по отечественному стандарту Д = 40 дБ (100 раз), В = 6 дБ ( 1,7 раз).

Схема простой АРУ.

В незадержанной АРУ (Рис.5) детектор приёмника и детектор АРУ можно совместить в одном VD1C5R5C6. Включение диода VD1 позволяет выделить на нагрузке R6С6 постоянную составляющую напряжения отрицательной полярности, из которого после фильтрации в ФНЧ RАРУСАРУ образуется регулирующее напряжение – UРЕГ.

Начальное базовое смещение +U транзистора VT1 первого каскада УПЧ образуется как сумма положительного напряжения +UПИТ, подаваемого от источника К через R2, L2 и отрицательного регулирующего напряжения — UАРУ. Причём +U = +UПИТ – UАРУ, т.е. IUПИТI > IUАРУI.

Рис.5 Принципиальная схема простой АРУ.

Чем больше амплитуда принимаемых сигналов UВХ, тем больше регулирующее напряжение – UАРУ, что приводит к уменьшению начального базового смещения +U, крутизны характеристики транзистора S и усиления каскада УПЧ КU. В результате компенсации, выходное напряжение приёмника UВЫХ будет стабильно и мало зависеть от изменения уровня входного сигнала UВХ.

Постоянная времени АРУ, как было отмечено раньше, tАРУ = RАРУCАРУ = 0,1…0,3 сек. Учитывая, что в биполярных транзисторах базовый ток I относительно большой и принимает значения десятки и сотни мкА, то сопротивление резистора RАРУ не может быть больше нескольких десятков кОм (по схеме RАРУ = 20 кОм). Конденсатор САРУ рассчитывается из соотношения САРУ = (0,1…0,3 с) ⁄ RАРУ = 10 мкФ.

Использование в регулирующих каскадах полевых транзисторов с большим входным сопротивлением позволяет увеличить RАРУ до 1…1,5 МОм. Тогда номинал САРУ составит всего 0,1 мкФ.

Сопротивление резистора обратной связи R1 должно быть незначительным, чтобы ООС не снижала эффективность регулировки системы АРУ.

Из-за уменьшении чувствительности приёмника при слабых сигналах простую АРУ нельзя использовать для регулировки усиления в каскадах УРЧ, так как при этом снижается отношение сигнал/шум.

Дата добавления: 2016-07-05 ; просмотров: 15187 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Как влияет постоянная времени на работу ару

Нет ли какой нибудь примочки типа памяти или "заморозки" состояния АРУ ?

Олег, UR6EJ, в своих трансиверах, АРУ именно так и выполнена. давным давно. ТрансиверS М2009, M2010, М2011

Явки пароли? В цифрЕ то, можно что угодно намудрить, а для "аналоговых" трансиверов?
Используйте полудуплекс, никаких проблем.

а вот в CW при быстром обмене, наверно могут пропасть первые 1-2 знака
Вы вообще-то телеграфом работали когда-нибудь или так, досужие домыслы? Куда они могут пропасть? При semi-bk если при большой задержке только. Ещё раз — используйте полудуплекс.

полудуплекс эт еще чо такое? Дуплекс знаю и то, это было до перестроечных времён в проводном телефоне.

или так, досужие домыслы? Угу.

М2009 АРУ как АРУ, ничего не заметил.

Пока никакой, думаю еще.

Заморозка, подразумевается не заторможенность, а сохранение уровня АРУ. Что бы при включении на прием, оно (АРУ), не подстраивалось вновь с нуля, а "стартовало" с того уровня на котором было до передачи. Понятно, что в очень медленном АРУ, это как бэ автопилотом произойдет.

Ни для кого не секрет, что после перехода с передачи на прием, большинство АРУ, как бы вновь оценивает силу сигнала и "быстренько" восстанавливает прежний уровень.Пока что разговор ни о чём. Приведите хотя бы пару конкретных аппаратов с такими свойствами АРУ. А то может случиться, что "большинство" на поверку окажется одним единственным экземпляром

Добавлено через 5 минут(ы):

Заморозка, подразумевается не заторможенность, а сохранение уровня АРУ. Что бы при включении на прием, оно (АРУ), не подстраивалось вновь с нуля, а "стартовало" с того уровня на котором было до передачи.Допустим Вы приняли завершающий пакет от громкой станции, ответили ей, а следом Вас зовёт очень тихая станция, первые знаки от которой как раз и пропустите из-за "заморозки" прежнего уровня АРУ для громкой. Так что проблема высосана из пальца :smile:.

А то может случиться, что "большинство" на поверку окажется одним единственным экземпляром Легко.

Так что проблема высосана из пальца . Возможно.

На "микросекунды" согласен, такие АРУ бывают?

Режим работы:
— дуплекс, это когда производится одновременно приём и передача информации, например телефонная связь. Т.е. есть возможность прервать собеседника во время его разговора, т.к. он (собеседник) всегда вас слышит.
— полудуплекс, это когда в режим передачи система переводится с помощью тангенты, педали или VOX. При этом разговор максимально приближен к дуплексу, с той лишь разницей, что перебить собеседника можно только в паузе между словами.
— симплекс, это поочерёдный переход с передачи на приём вручную. При этом окончание передачи обозначается словами "на приёме".
http://ru.wikipedia.org/wiki/Дуплекс_(телекоммуни кации)

"Фишки" для АРУ возможны только в приёмопередатчике где постоянная времени отпускания АРУ не соответствует режиму работы.
Например, в SSB время восстановления должна быть в пределах 0,7-1,5с, а в CW — 0,1-0,5с. В связи с тем, что популярные любительские конструкции трансиверов, старые и дешёвые модели фирменных трансиверов, ориентированы на приём SSB и с задержкой восстановления АРУ до 3с(!), то проблема "выпадения" CW сигнала при переходе на приём с такой АРУ действительно имеет место быть.
В современных импортных аппаратах этому уделяется значительное внимание, как возможность переключения АРУ быстрое/медленное, вплоть до плавной регулировки задержки, так и, особенно, это скорректировано в режиме CW "FULL BREAK IN".
Самое интересное в этой проблеме то, что в зависимости от уровня принимаемого сигнала задержка АРУ, из-за частичной зарядки времязадающей ёмкости, время разряда может отличаться значительно. Так, например, в трансивере ALINCO DX-70 АРУ полностью проглатывает первые фразы от мощных сигналов даже в SSB.
Учитывая это, при разработке приёмника KARLSON-1, мной введено в цепь АРУ принудительное ограничение напряжения заряда емкости ограничителем из двух последовательно включённых кремниевых диода, что в значительной мере исключило "выпадение сигнала" от мощной местной станции.

А вот, скорость срабатывания АРУ, реакция на импульсные помехи, цифровой анализ полезного сигнала на фоне помехи — тема намного серьёзная и важная с фишками.

Очень интересует номинал сопротивления R2. Что, действительно 22 мегаома!?2,2МОм

В своём трансивере установил приблизительно такое время отпускания АРУ и практика показала, что выпадения сигналов CW не происходит.Строго говоря, основным источником ложного срабатывания АРУ в приёмопередатчике(!) являются цепи коммутации приём/передача. Вернее, импульсы коммутационных реле при переключении электрических цепей.
Разумеется, это присуще релейным схемам. Электронные переключатели и специальные цифровые узлы задержки последовательности подключения токовых цепей позволяют в значительной степени исключить проблемы ложного срабатывания АРУ.

Вы утверждаете, что проблем нет. Как же после CQ местного оператора в CW можно услышать префикс вызывающего его дальнего корреспондента с задержкой по времени 3с?

Уже что-то:smile: Малость "зажевало" в интересных местах, но принцип понятен. Диоды подрисованы не спроста? Не хватало амплитуды или для уменьшения искажений "синусоиды" в тракте ПЧ и УНЧ?В сообщении #17 ясно написано, что эта схема взята за основу. Где Вы видите на плате подрисованные диоды? Там стоит один КД514. К амплитуде и искажениям он не имеет никакого отношения.

Очень интересует номинал сопротивления R2. Что, действительно 22 мегаома!? Номинал R2 может быть от едениц Ком до десятков Мом. В любом случае R2 подключается при переходе на передачу поралельно цепочке R14 и открытого Т3, тем самым обеспечивая быстрый, но плавный спад управляющего напряжения исключающий комутационные помехи. Этот принцип заложен и в канале по НЧ. Никто не мешает в схему паралельно R2 и R12 через ключи подключать сколько угодно резисторов разных номиналов и сделать управление "цифрой" под любые уши оператора.

. Казалось бы далеко от радио,довелось занятся музыкой.Озадачился синтезатором.Вот там и внял,что
такое "атака" "поддержка" и "спад".
Не зная этого все "копировальщики" схем обречены на.

Время срабатывания АРУ по вч и нч практически одинаковое(единицы милисекунд)
В приведенной схеме оно порядка 10 мс Откуда такая цифра? Интересно, как Вы ее высчитали?

В схеме АРУ есть возможность регулировать время отпускания АРУ и практически мне больше понравилось время около 2-3 сек как в режиме CW, так и в режиме SSB.

Послушайте хороший телеграфный пайлап или контест. Настройка АРУ как для работы телефоном в режиме "спокойная болтовня" совершенно окажется непригодным для работы телеграфом, когда уровни станций могут мгновенно меняться.
С "длинным" АРУ (большим временем отпускания усиления) слабую тлг станцию попросту не будет слышно, после появления на частоте хоть одной точки с уровнем "на плюсах".

Ой-й:shock: мне уже страшно. Народищу скока.:smile:

US7AW Mihail, я их не на плате увидел (там только мог догадываться что АРУ выделена белым цветом), я их увидел на схеме. Кто-то "калякал" видимо для себя, вот и спросил.:roll: Принцип работы прям по заказу и понятно описан, примем на вооружение.

Все решается выполнением АРУ с пиковым детектором и только на ПЧ. Время срабатывания должно быть микросекунды, а отпускание чуть-чуть больше. зависит от QSK.

Скажите, пожалуйста, какая должна быть полоса пропускания тракта ПЧ для реализации постоянной времени 1 мкс на Ваш взгляд?

Параллельный усилитель прямой АРУ с ключом бланкера в основном тракте ПЧ уберут искру до прихода к УНЧ

Так пиковый детектор помехой зарядит накопительный конденсатор и как следствие уберет усиление
Время реакции Ару в микросекундах полный бред человек утверждающий его не рубит ни в связи ни в обработке сигналов и в элементарной логике

. перевод трансивера в TX запускается от контактов самого ключа, а выход "схемы" к разъему KEY на трансивере?

не так.В таком случае TRX подзадержится на передаче на константу и "улучшения формы" не случится. Статья о том,как подзадержать выходной каскад TRX,чтобы он при выключении не превращал спад посылки (а она сформирована ранее,на ПЧ) из правильного плавного в резкий обрыв.

. Время реакции Ару в микросекундах полный бред человек утверждающий его не рубит ни в связи ни в обработке сигналов и в элементарной логике.
. Я применяю в особо качественных изделиях с АРУ по нч задержку сигналов на 100мс(ПАВ микросхема) для оценки необходимой регулировки усиления и устанавливаемую задержку регулирования для устранения хлопков и перегрузов тракта.

Для тех кто "пилит" в АРУ только зубами выкладываю скрин. Могу еще выложить с десяток подобной "дури".
Чтобы хоть немножко уметь логически мыслить а не "пилить", надо знать что такое частота и период, и сколько синусоид в УПЧ охваченом АРУ на частотах УПЧ 500кгц или 5мгц будет искажено за 100мс, а потом уже рассуждать о элементарной логике.
Хотелось бы увидеть схему ваших особо качественных изделий с АРУ по нч.

PS. Между прочим. не только я взял на воружение принцип работы АРУ (пост#17). Тоже самое можно увидеть и в трансивере известного конструктора В.Скрыпника UY5DJ. Трансивер опубликован в книге "Лучшие конструкции 31-й и 32-й выставок творчества радиолюбителей". АРУ и схема на стр 79-81 и рис16.

Параллельный усилитель прямой АРУ с ключом бланкера в основном тракте ПЧ уберут искру до прихода к УНЧ

Так пиковый детектор помехой зарядит накопительный конденсатор и как следствие уберет усиление
Время реакции Ару в микросекундах полный бред человек утверждающий его не рубит ни в связи ни в обработке сигналов и в элементарной логике
Странно, в том же 850, при быстрой АРУ есть реакция на импульсный сигнал(если кто-то несущей по частоте быстро проедет)-это нормально для АРУ.
Если увеличить время атаки до 10-12мкс-получите хлопанье по ушам. С этим очень хорошо знакомы звукорежиссеры, работая с компрессором. Оптимальное время атаки-3-7мкс для ssb, для cw не берусь говорить-не знаю.

Послушайте хороший телеграфный пайлап или контест. Настройка АРУ как для работы телефоном в режиме "спокойная болтовня" совершенно окажется непригодным для работы телеграфом, когда уровни станций могут мгновенно меняться.
С "длинным" АРУ (большим временем отпускания усиления) слабую тлг станцию попросту не будет слышно, после появления на частоте хоть одной точки с уровнем "на плюсах".
На этот случай и при поиске DX на плате (#17 внизу справа) в основном канале перед К174УН7 стоит К548УН1А с компрессором, который начинает работать при уровне выше 9+10. Основное ее назначение, это защита ушей. При этом основная АРУ выключается. В таком режиме чтобы все было слышно, приемник должен иметь реальную избирательность не хуже 90 дБ с АТТ на входе. Вторая половинка используется в АРУ как усилитель НЧ перед ограничителем на Т2.
Такой компрессор отлично работает как микрофонный усилитель передатчика и в приемниках прямого преобразования. Схему и график выкладываю, может кому пригодится.
При налаживании необходимая крутизна (наклон) амплитудной характеристики достигается подбором R3. Для увеличения выходного напряжения нужен полевик с более высоким напряжением отсечки. За счет ООС с стока на затвор можно получить очень линейную характеристику. АЧХ (300. 3000Гц) фрмируется с помощью С1 и С2.

Добавлено через 34 минут(ы):

Скажите, пожалуйста, какая должна быть полоса пропускания тракта ПЧ для реализации постоянной времени 1 мкс на Ваш взгляд? Постоянная времени АРУ от полосы не зависит. Она зависит от выходного сопротивления каскада перед пиковым детектором и типа диода, Нужен истоковый повторитель. Самое лучшее что мне удалось получить это 15. 20мкс. При этом необходимо избегать в петле АРУ любых фильтров.
Ваш вопрос скорее всего относится к борьбе с импульсными помехами. Там да. После фильтра, который по сути является еще и линией задержки, при помехе на входе длительностью 1мкс, может "размазаться" до 3. 10 мс (зависит от параметров фильтра). По этому в высококачественных ПИП (подавителях импульсных помех) имульсы блокируются между смесителем и фильтром. В городах при отсутствии станций общий шум эфира снижается на 2. 3 балла, а помеха давится до 80 дБ. Но это уже другая тема.

Автоматические системы регулирования в рпу

Для обеспечения приема сигналов с широким динамическим диапазоном, а также для сохранения постоянства уровня выходного сигнала одной станции в приемнике необходимо предусмотреть регулировку усиления, которая может быть ручной (РРУ) и автоматической (АРУ). РРУ целесообразна лишь при медленных изменениях уровня сигнала, АРУ – при быстрых изменениях уровня сигнала.

В приемниках применяют одновременно обе регулировки (и РРУ и АРУ). Чем ближе расположен регулятор усиления ко входу приемника, тем больше каскадов работает без перегрузок, в линейном режиме с минимальным коэффициентом шума. Поэтому регулятор усиления, в первую очередь АРУ, отрабатывающий как медленное так и быстрое изменение уровня сигнала стремятся расположить в ВЧ-тракте, как можно ближе ко входу приемника. РРУ осуществляется как в ВЧ-тракте, так и в НЧ-тракте. Способы регулировки усиления при РРУ и АРУ следующие:

1 – Изменение крутизны усилительных приборов,

2 – Изменение коэффициента передачи специальных делителей напряжения и глубины отрицательной обратной связи.

Эти регулировки в неменьшей степени влияют на другие параметры приемника. С целью поддержания выходного сигнала на заданном уровне при быстрых и больших изменениях входного сигнала применяются АРУ, которая осуществляется путем автоматического изменения коэффициента усиления. Зависимость коэффициента усиления каскада, охваченного АРУ, от регулировочного напряжения называется регулировочной характеристикой (рис. 1).

Рис. 1 Регулировочная характеристика АРУ.

Рекомендуемые материалы

Изменение коэффициента усиления при изменении регулировочного напряжения на 1 В называется чувствительностью регулировки. Совокупность каскадов приемника, охваченных АРУ, называется системой АРУ. Различают три основные системы АРУ:

1 – Система обратного регулирования (рис. 2).

В ней напряжение сигнала, подлежащее регулировке, снимается с выхода УПЧ и через выпрямитель АРУ (детектор и фильтр АРУ) воздействует на УРЧ, смеситель (См) и УПЧ, изменяя их коэффициент усиления. Все элементы системы АРУ образуют замкнутое кольцо обратной связи.

Описание: рис11(1)

Рис. 2 Система обратного регулирования.

2 – Система прямого регулирования (без рисунка).

Регулирующее напряжение формируется выпрямителем АРУ и воздействует на УРЧ, См и УПЧ приемника, изменяя их коэффициент усиления. Замкнутого кольца обратной связи здесь не образуется. Такая система содержит усилитель АРУ. При малых сигналах он нужен, а при больших — перегружается, и возникают искажения. Поэтому такая система применяется редко.

3 – Комбинированная система АРУ (рис. 3).

Она содержит как систему прямого, так и обратного регулирования.

Описание: измененный

Рис. 3 Комбинированная система АРУ.

В зависимости от уровня сигнала, при котором начинается регулированное усиление, различают системы АРУ без задержки, с задержкой и бесшумное АРУ (рис. 4).

а) без АРУ б) с простой АРУ в) АРУ с задержкой г) АРУ с бесшумной

Рис. 4 Амплитудные характеристики приемников.

В системах АРУ без задержки (простая АРУ) регулирование усиления происходит во всем динамическом диапазоне принимаемых сигналов. При малых сигналах ограничивать усиление, а значит снижать уровень выходного сигнала нецелесообразно. В этом случае применяют АРУ с задержкой, в которой регулирование усиления начинается лишь с некоторого уровня входного сигнала, называемого порогом срабатывания АРУ ( на рис. 4 в). До достижения порога срабатывания усиление происходит без регулирования. В процессе перестройки РПУ с одной станции на другую, когда полезный сигнал на входе отсутствует, приемник усиливает собственные шумы и помехи. Поэтому систему АРУ модернизируют так, что при сигнале, меньшем, чем чувствительность приемника усилительный тракт запирался системой АРУ (бесшумная АРУ). В этом случае настройка РПУ будет бесшумной, и АРУ в этом случае называют бесшумным. Для исключения опасности самовозбуждения система АРУ использует однозвенные RC-фильтры. Переходный процесс в них носит апериодический характер. В случае использования детектора АРУ основного детектора приемника возникает противоречие между требованиями к фильтру основного детектора и к фильтру детектора АРУ. Поэтому постоянная времени фильтра детектора АРУ (τ = RC) выбирается значительно больше максимального периода модуляции сигнала. При совмещении функций основного детектора с функциями детектора АРУ предусматривают раздельные фильтрующие цепи для основного сигнала и для системы АРУ (рис. 5).

Описание: рис11(5)

Рис. 5 Пример схемы с совмещенными детекторами сигнала и АРУ.

Параметры элементов выбираются в соответствии с условием безинерционности амплитудных детекторов. Постоянная времени фильтра АРУ должна соответствовать условию:

.

Но постоянная времени АРУ ограничена сверху максимальным периодом затухания сигнала, это значит, что .

Практически постоянную времени фильтра АРУ выбирают для радиовещательных РПУ в пределах В схеме АРУ с задержкой (рис. 6) регулирование коэффициента усиления УПЧ будет происходить лишь после того, как регулировочное напряжение превысит напряжение стабилизации стабилитрона VD2. До этого момента регулировочное напряжение равно 0. После открытия стабилитрона регулировочное напряжение будет равно разности напряжений на выходе фильтра АРУ и напряжения стабилизации стабилитрона :

Описание: рис11(6)

Рис. 6 Схема АРУ с задержкой.

Напряжение стабилизации стабилитрона должно соответствовать требуемому напряжению задержки. В рассмотренной схеме резистор R необходим для обеспечения режима работы стабилитрона VD2. Остальные элементы выполняют свои обычные функции. В простых схемах АРУ, где не предъявляются жесткие требования к напряжению задержки и его стабильности вместо стабилитрона можно использовать кремниевый диод, поскольку он открывается лишь после того, как напряжение на нем превысит 0.05 – 0.15 В. Это напряжение и будет напряжением задержки.

Регулировка коэффициента усиления усилителей часто осуществляется изменением крутизны усиления усилительных приборов. Один из вариантов такой АРУ в транзисторном приёмнике показан на рис. 7. Регулировка усиления в таких схемах достигается изменением крутизны усиления транзисторов VT1 и VT2, на которых собраны два каскада УПЧ, изменением режимов работы этих транзисторов. На транзисторе VT3 собран коллекторный детектор АРУ, нагрузкой которого является цепочка R10Cl0, a элементы R13C11 выполняют функции фильтра АРУ.

Исходное напряжение смещения и термостабилизации транзисторов VTl и VT2 обеспечивается делителями напряжения соответственно R10R13R3R1R2R4 и R10R13R7R5R6R8. Подачей отрицательного напряжения смещения на эмиттер транзистора VT3 обеспечивается режим работы АРУ с задержкой. Это объясняется тем, что детектор АРУ будет закрыт, пока напряжение на базе транзистора ,VT3 не превысит порога срабатывания, определяемого напряжением на резисторе в цепи эмиттера R11. Как только напряжение />превысит порог срабатывания системы АРУ, транзистор VT3 откроется и напряжение на его коллекторе снизится. Это приведёт к уменьшению токов в делителях R13R3R1R2 и R13R7R5R6, которые задают базовые токи транзисторов VT1 и VT2, что, в свою очередь, снизится их коэффициент усиления. Чем больше выходное напряжение />, тем в большей степени открывается транзистор VT3, тем больше уменьшаются токи делителей и коэффициенты усиления транзисторов VT1 и VT2.

Изменение базовых токов транзисторов VT1 и VT2 при действии системы АРУ приводит к изменению токов эмиттеров этих транзисторов и соответственно к изменению падении напряжении на резисторах R4 и R8. Характер этих изменений напряжения таков, что они противодействуют причине, их вызывающей, то есть снижают эффективность действия АРУ. Резисторы в цепи эмиттера R4 и R8 являются элементами термостабилизации транзисторов VT1 и VT2. Поэтому, там, где это возможно, с целью подавления снижения эффективности действия АРУ в каскадах УПЧ, охваченных АРУ, термостабилизация не применяется.

Резистор R3 и конденсатор С1, а также резистор R7 и конденсатор С5 образуют фильтры, предотвращающие взаимное влияние каскадов УПЧ. Остальные элементы схемы выполняют свои обычные функции.

Модэ-шаньюй, Елюй Даши, К. Тыныстанов — лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.

На рис. 8 представлена схема АРУ с управляемым делителем напряжения. На этой схеме управляемый делитель напряжения образован сопротивлением диода VD1 и входным сопротивлением второго каскада УПЧ на транзисторе VT2 (первый каскад УПЧ собран на транзисторе VT1). Регулирующее напряжение снимается с детектора АРУ на диоде VD2 и усиливается усилителем постоянного тока на транзисторе VT3. Детектор АРУ является последовательным диодным детектором с нагрузкой,

В исходном состоянии диод VD1 полностью открыт напряжением, формируемым делителем R18R12R8R7R6R5 и коэффициент передачи управляемого делителя максимален. Как только выходное напряжение превысит порог срабатывания системы АРУ, диод VD2 откроется, и напряжение нагрузки с детектора АРУ через резистор R16 поступит на базу транзистора VT3, закрывая его. Это приведёт к росту отрицательного напряжения на коллекторе транзистора VT3, которое, будучи поданным через резисторы R12 и R8 на анод диода VD1, закроет диод, увеличив его сопротивление и тем самым, уменьшив коэффициент передачи управляемого делителя. Фильтр АРУ в этой схеме состоит из цепочек R15R16C11C12 и R12C7. Остальные элементы схемы выполняют свои обычные функции.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *