Ю.Балтин, YL2DX

ВРЕМЯЗАДАЮЩИЙ УЗЕЛ "АРУ-2DX"

Automatic Gain Control Timing Unit AGC-2DX by YL2DX

    При проектировании систем автоматической регулировки усиления часто приходится сталкиваться с противоречивыми требованиями к их временным характеристикам. В первую очередь это относится к АРУ по огибающей SSB и низкочастотных речевых сигналов.
    С одной стороны, чтобы обеспечить малые нелинейные искажения, время разряда сглаживающего конденсатора детектора АРУ нужно увеличивать как минимум до нескольких секунд, с другой - при таком времени разряда система АРУ не успевает отслеживать быстрое снижение уровня и надолго "зависает" при его спаде, причем в любом случае время восстановления полного усиления зависит от силы сигнала - приемник слишком надолго "глохнет" после мощного.
    Работа различных схем АРУ [1], в которых заряд сглаживающего конденсатора большой емкости ускоренно сбрасывается при резком снижении входного сигнала, на практике оказалась неустойчивой.

    Мной была разработана простая схема времязадающего узла системы АРУ, отличающегося от известных тем, что в нем используются параллельно работающие интегрирующие цепи с поочередным циклическим принудительным сбросом, независимым от входного сигнала.

    Суть идеи состоит в следующем. От детектора огибающей (с малой собственной постоянной времени Т_дет) через развязывающие диоды V1, V2 и ключи S1, S2 параллельно заряжаются два одинаковых конденсатора С1 и С2. Коммутация ключей осуществляется управляющими импульсами тактового генератора. Напряжение с каждого из конденсаторов поступает в цепь регулировки (R_н) через диодную схему "ИЛИ" - диоды V3 и V4. К каждому из конденсаторов через свой ключ (S1 или S2) может подключаться разрядный резистор R2. Ключи S1 и S2 поочередно, через заданные тактовым генератором интервалы Т и со сдвигом во времени на Т/2, переключаются на короткое время Т_сбр, достаточное для быстрого разряда то одного, то другого конденсатора. На это время разряжаемый конденсатор отключается от детектора.
    Поскольку конденсаторы развязаны диодами как со стороны детектора, так и со стороны нагрузки, выходное напряжение V_out определяется тем из них, который больше заряжен. При достаточно низком выходном сопротивлении детектора (R_i + R1) время заряда T_зар может быть сделано насколько нужно малым (например, единицы или десятки миллисекунд). Когда ключи S1 и S2 находятся в положении "заряд", при достаточно высоком сопротивлении нагрузки (цепи регулировки) постоянная времени Т_о = С1·R_н = С2·R_н может быть сделана большой (например, несколько секунд). Токи утечки через обратное сопротивление современных диодов ничтожны и ими можно пренебречь.

    При кратковременном (на время Т_сбр) переключении одного из ключей (например, S1), заряд соответствующего конденсатора (C1) сбрасывается через R2. В течение этого времени и пока разряженный конденсатор вновь заряжается (T_сбр + Т_зар), выходное напряжение на R_н поддерживается вторым конденсатором (C2). Разряженный конденсатор (C1) заряжается до нового уровня, соответствующего тому уровню сигнала, который имеется на выходе детектора после возврата ключа S1 в положение "заряд". Через заданное время Т/2 ключом S2 принудительно разряжается второй конденсатор (C2) через R2, освобождаясь от предыдущего напряжения, а первый конденсатор (C1) тем временем поддерживает выходное напряжение уже на новом уровне. Через время Т/2 процесс повторяется и т.д.

    Таким образом напряжение на нагрузке (т.е. в цепи регулировки усиления) быстро возрастает в любой момент, когда возрастает сигнал, и удерживается на этом уровне в течение заданного нами времени Т/2. Если средний уровень сигнала снижается, то в момент принудительного сброса заряда более заряженного конденсатора, выходное напряжение быстро (за время Т_сбр) снижается до того уровня, который имеется на втором, менее заряженном, и опять остается неизменным либо до возрастания сигнала, либо до момента очередного принудительного сброса второго конденсатора через заданное время Т/2.

    Благодаря такому решению, легко осуществляется независимая регулировка каждого из временных параметров системы АРУ: время удержания Т однозначно определяется периодом работы тактового генератора, управляющего работой ключей и практически не зависит ни от уровня сигнала (если Т >> Т_сбр), ни от постоянной времени разряда Т_о, время срабатывания определяется постоянной времени T_зар = R_i·C1 = R_i·C2, а время восстановления - постоянной времени Т_сбр = R2·C1 = R2·C2.

    Фактическое время полного заряда/разряда RC-цепи составляет около 5·R·C, но для простоты мы оперировали здесь стандартными постоянными времени RC, при которых происходит заряд конденсатора до 63% и разряд до 37% полного напряжения. В реальном устройстве множители к постоянным времени (m) следует выбрать в пределах m = (1…5) в зависимости от амплитудной регулировочной характеристики системы АРУ в целом.

    Тактовый генератор должен обеспечивать импульсы, управляющие поочередным переключением ключей S1 и S2 на время Т_сбр с периодом Т (для каждого из ключей) со сдвигом во времени на Т/2. Чтобы избежать помех от тактовых импульсов, их фронты желательно скруглить, а в качестве ключей можно использовать оптроны или интегральные ключи на МОП-структурах.

    Плавность восстановления усиления (скорость фактического разряда конденсаторов в пределах отрезка времени Т_сбр) можно регулировать резистором R2 .
    Рекомендуемые параметры: Т_дет около 5-15 мс, T_зар около 20-40 мс, Т_сбр около 0,1-0,2 с, Т_о около 5 с, а время удержания Т может плавно регулироваться в широких пределах регулятором частоты тактового генератора (достаточно от 0,3 до 2 с).

    Порядок ориентировочного расчета:

1. Определяется сопротивление цепи регулировки R_н ,
2. Рассчитывается емкость конденсаторов С = mТ_о/R_н,
3. Рассчитывается сопротивление разрядного резистора R2 = Т_сбр /mC.
4. Рассчитывается требуемое выходное сопротивление детектора R_i = T_зар /mС
5. Рассчитывается емкость конденсатора фильтра детектора Сф = Тдет/Ri

    При расчетах следует учитывать сопротивление ключей в замкнутом и разомкнутом состояниях. Высокой степени равенства емкостей C1 и C2 не требуется. Сопротивление цепи регулировки (R_н) желательно обеспечить по возможности большим, применяя на входе этой цепи полевой транзистор.

    В принципе, время заряда T_зар желательно иметь минимальным (уменьшая выходное сопротивление детектора R_i), чтобы при резком нарастании сигнала (особенно CW) не возникало хлопков на выходе приемника. Но тогда АРУ будет снижать усиление на время Т и при появлении любой кратковременной импульсной помехи (QRN), имеющей больший уровень, чем полезный сигнал (так же как и при любой другой схеме АРУ). Для работы в разных ситуациях время заряда (время срабатывания) тоже можно сделать регулируемым - для этого следует проектировать детектор с низким внутренним сопротивлением, а последовательно с ним (на входе времязадающей цепи) установить последовательно переменный резистор R1 или переключатель с 2-3 резисторами.

    При использовании этой схемы в режиме CW-QSK (быстрый полудуплекс) или SSB-VOX может оказаться полезным прерывать подачу импульсов сброса на ключи за несколько миллисекунд до переключения в режим передачи и возобновлять ее через несколько миллисекунд после возвращения в режим приема. Тогда при возвращении на прием усиление приемника будет таким же, каким оно было в момент перед началом передачи.

    Количество ветвей (конденсаторов и разрядных ключей) можно увеличить. При этом ключи должны переключаться один за другим по кругу. Вместо простых интегрирующих цепочек могут быть применены интеграторы на операционных усилителях - тогда можно обойтись меньшими емкостями конденсаторов и не требовать низкого выходного сопротивления детектора.

    Эта схема несколько напоминает схему цифрового фильтра на коммутируемых емкостях, но принципы их действия различны.

Литература:

1. Funkamateur Nr 8, 1975. s.398-400

       > Новости сайта
       > Карта сайта
       > На первую страницу

write email mailto: