Автоматическая регулировка усиления (АРУ) состоит из следующих каскадов:
- тракт усиления радиочастоты (РЧ);
- детектор или компаратор;
- фильтр звуковых частот (ФЗЧ), который препятствует попаданию звуковых частот на регулируемые каскады;
- усилитель;
- источник опорного напряжения.
По своим характеристикам цепи АРУ подразделяются:
- простые;
- усиленные;
- задержанные;
- комбинированные;
В приемниках малой сложности применяется простая АРУ, которая обеспечивает изменение уровня сигнала на выходе РЧ около 6 дБ при изменении не более 26 дБ на его входе. В такой схеме построения АРУ исключается усилитель и детектор. Чтобы уменьшить ее влияние на коэффициент нелинейных искажений в некоторых приемниках малой сложности применяют регулировку рабочей точки детектора.
В приемниках высокой сложности применяют более продвинутые цепи АРУ, а именно – комбинированные. В таких цепях реализованы задержка уровня срабатывания и усиление управляющего напряжения. Здесь автоматической регулировкой усиления могут быть охвачены каскады УРЧ, преобразователи частот (ПЧ), первые каскады УПЧ, где небольшие уровни сигналов, на которые мало влияет изменение режимов транзисторов. При этом следует учитывать, что охват АРУ в перечисленных выше каскадах должен осуществляться таким образом, чтобы не было перегрузок последующих каскадов, а также происходило увеличение сигнал-шум. Все это достигается при правильно рассчитанной АРУ. Например, если крутизна регулирования в каскаде УРЧ будет больше, чем в УПЧ, то в итоге с полезным сигналом будут усиливаться и помехи частотно-преобразовательного каскада. А при большой крутизне регулирования в УПЧ возможно некоторое ограничение сигнала в УРЧ. Поэтому для получения высокого качества вещания приемных устройств, нужно правильно распределить усиление по всему радиотракту.
Принцип работы АРУ опишем на основе вещательного приемника «Сокол -308» (Приложение 3). Напряжение АРУ положительной полярности снимается с выхода диода VD4 и через фильтр звуковых частот, реализованный на R9C7, подается сначала на диод VD2, а затем на базу VT2. Основное назначение этого транзистора – усиление сигнала промежуточной частоты, второстепенное – это усиление напряжения АРУ. Причем транзистор VT2 усиливает его так, что падение напряжения на R7 значительно уменьшается, что приводит к открыванию диода VD1, включенного по переменному току параллельно ФПЧ в цепи коллектора VT1. Динамическое сопротивление VD1 уменьшается, уменьшается и резонансное сопротивление ФПЧ на L1C2, что приводит и к уменьшению усиления в частотно-преобразовательном каскаде. Эффективность такой АРУ составляет порядка 40 дБ.
На рис. 9 показан каскад, выполненный по схеме двух транзисторов (с общим коллектором и общей базой). Дифференциальное включение VT1 и VT2 позволяет добиться эффективного регулирования по постоянному току. Для того чтобы VT2 надежно закрылся, нужно обеспечить разность напряжения между базами транзисторов порядка 200 мВ. Такой каскад достаточно прост в повторении и не требует огромного количества деталей. А в цепях эмиттера используются блокировочные конденсаторы малой емкости, что позволяет применить такую схему в качестве основного элемента для микросхем 174ХА10 и 174ХА2.
Рис. 9
Не менее эффективным способом регулирования АРУ является применение в схемах линейных и нелинейных делителей напряжения, которые управляются током или напряжением. Рассмотрим схему диодного делителя напряжения в схеме АРУ, которая применяется в УРЧ приемника «Виктория – Стерео -001» (рис.10)
При максимальном усилении сигнала VD1 закрыт, а VD1 открыт. Малое динамическое сопротивление VD2 в цепи эмиттера создает неглубокую отрицательную обратную связь по току. При увеличении напряжения АРУ VD1 открывается и шунтирует катушку связи с входным контуром. При этом добротность контура уменьшается, вызывая соответственно и уменьшение уровня входного сигнала. При этом возрастает динамическое сопротивление VD2, а также глубина отрицательной обратной связи в УРЧ, что значительным образом помогает осуществлять неискаженное усиление возросшего сигнала при уменьшенном коэффициенте передачи.
Существует еще один вариант управляемых делителей напряжения, которым может служить УРЧ микросхемы 174ХА2 (рис.11). На этой схеме диоды VD2 и VD5 используются в качестве элементов связи между транзисторами VT2 и VT5. Транзисторы VT1, VT3 и VT5 смещены в прямом направлении при отсутствии управляющего напряжения на входе УПТ. Другие диоды VD1 и VD4 закрыты и поэтому не шунтируют резисторы R2 и R8. При таком состоянии усиление УРЧ максимально. Когда к базе транзистора VT1 поступает положительное напряжение АРУ относительно общего провода, транзистор закрывается, на его эмиттере растет напряжение, что приводит к открыванию транзистора VT3. Это, в свою очередь, приводит к падению напряжения на его коллекторе, поэтому диоды VD2 и VD5 закрываются, их динамическое сопротивление начинает увеличиваться, а коэффициент передачи между эмиттером VT2 и эмиттером VT5 уменьшается.
Дальше открываются VT4 и диоды VD1, VD3, VD4, шунтирующие выход УРЧ, при этом уменьшая коэффициент усиления. Глубина регулирования получается очень большой даже на высоких частотах коротковолнового диапазона (40дБ).
Рис. 10.
Наиболее эффективной АРУ с микросхемой 174ХА2 достигается при двухкольцевой цепи АРУ. При таком способе напряжение на входы УПТ, УРЧ, УПЧ подается от разных детекторов. На вход детектора АРУ первого кольца поступает напряжение с выхода смесителя частот, и регулировка в УРЧ происходит при Uвх≥500 мкВ. А регулировочное напряжение для УПЧ получают с детектора, который является общим для выходного сигнала и цепей АРУ. Одним из достоинств двухкольцевых цепей АРУ является то, что они позволяют повысить максимальное отношение сигнал-шум, а также спасают от перегрузок радиотракта при значительных уровнях входных сигналов. С сигнала, лежащего в полосе пропускания УРЧ и ФПЧ, снимается напряжение на вход детектора первого кольца. При этом сигнал ослабляется до такого уровня, который необходим для нормальной работы последующих каскадов. Следует заметить, что при этом ослабляется и полезный принимаемый сигнал, поэтому в цепях АРУ первого кольца нужно установить порог ее срабатывания при перегрузочных уровнях сигнала, а в УРЧ применить активные элементы, которые будут усиливать сигнал без искажения, например, оптрон на основе фоторезистора. Его сопротивление не будет зависеть от величины подводимого к нему напряжения, а только под воздействием светового потока.
Рис. 11.