Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Схема АРУ, используемой в аналоговой телефонной сети; обратная связь от выходного уровня к усилению осуществляется через резистивный оптоизолятор Vactrol .

Автоматическая регулировка усиления ( АРУ ) - это схема регулирования с обратной связью с обратной связью в усилителе или цепочке усилителей, цель которой - поддерживать подходящую амплитуду сигнала на его выходе, несмотря на изменение амплитуды сигнала на входе. Средний или пиковый уровень выходного сигнала используется для динамической регулировки усиления усилителей, позволяя схеме удовлетворительно работать с более широким диапазоном уровней входного сигнала. Он используется в большинстве радиоприемников для выравнивания средней громкости ( громкости ) разных радиостанций из-за разницы в мощности принимаемого сигнала., а также изменения радиосигнала отдельной станции из-за замирания . Без AGC звук , излучаемый от AM радио приемника будет меняться до крайней степени , от слабого до сильного сигнала; АРУ эффективно снижает громкость, если сигнал сильный, и увеличивает ее, когда он слабее. В типичном приемнике сигнал управления обратной связью АРУ обычно берется из каскада детектора и применяется для управления усилением каскадов усилителя ПЧ или ВЧ.

Как это работает [ править ]

Сигнал, который необходимо регулировать усилением (выход детектора в радио), поступает на диод и конденсатор , которые вырабатывают постоянное напряжение, следующее за пиком. Это подается на блоки усиления RF, чтобы изменить их смещение, тем самым изменяя их усиление. Традиционно все каскады с регулируемым усилением располагались до обнаружения сигнала, но также можно улучшить управление усилением, добавив каскад с регулируемым усилением после обнаружения сигнала.

Примеры использования [ править ]

Радиоприемники AM [ править ]

В 1925 году Гарольд Олден Уиллер изобрел автоматический регулятор громкости (AVC) и получил патент. Карл Кюпфмюллер опубликовал анализ систем AGC в 1928 году. [1] К началу 1930-х годов большинство новых коммерческих радиовещательных приемников включали автоматический регулятор громкости. [2]

AGC является отклонением от линейности в радио AM приемников . [3] Без АРУ AM-радио будет иметь линейную зависимость между амплитудой сигнала и формой звуковой волны - амплитуда звука , которая коррелирует с громкостью, пропорциональна амплитуде радиосигнала, потому что информационное содержание сигнала передается через изменения амплитуды несущей волны . Если бы схема не была достаточно линейной, модулированный сигнал не мог бы быть восстановлен с разумной точностью . Однако сила принимаемого сигнала будет широко варьироваться в зависимости от мощности и расстояния до передатчика , а также затухания на пути сигнала.. Схема АРУ ​​предотвращает слишком большие колебания выходного уровня приемника, определяя общую мощность сигнала и автоматически регулируя усиление приемника для поддержания выходного уровня в приемлемом диапазоне. Для очень слабого сигнала АРУ ​​работает с приемником с максимальным усилением; по мере увеличения сигнала АРУ ​​снижает усиление.

Обычно невыгодно уменьшать усиление входного радиочастотного интерфейса приемника для более слабых сигналов, поскольку низкое усиление может ухудшить отношение сигнал / шум и блокировку ; [4] поэтому многие конструкции уменьшают усиление только для более сильных сигналов.

Поскольку диод AM-детектора вырабатывает постоянное напряжение, пропорциональное силе сигнала, это напряжение может подаваться обратно на более ранние каскады приемника для уменьшения усиления. Требуется сеть фильтров, чтобы аудиокомпоненты сигнала не влияли заметно на усиление; это предотвращает "нарастание модуляции", которое увеличивает эффективную глубину модуляции сигнала, искажая звук. Приемники связи могут иметь более сложные системы AVC, включая дополнительные каскады усиления, отдельные детекторные диоды АРУ, разные постоянные времени для широковещательных и коротковолновых диапазонов и приложение разных уровней напряжения АРУ к разным каскадам приемника для предотвращения искажений и перекрестной модуляции. [5]Дизайн системы AVC оказывает большое влияние на удобство использования приемника, характеристики настройки, точность воспроизведения звука и поведение при перегрузке и сильных сигналах. [6]

FM-приемники, даже несмотря на то, что они включают каскады ограничителей и детекторы, которые относительно нечувствительны к изменениям амплитуды, все же выигрывают от АРУ для предотвращения перегрузки сильных сигналов.

Радар [ править ]

Связанное с этим применение AGC - в радиолокационных системах как метод преодоления нежелательных отраженных сигналов от помех . Этот метод основан на том факте, что количество возвращаемых беспорядков намного превышает количество эхо-сигналов от интересующих целей. Усиление приемника автоматически регулируется для поддержания постоянного уровня видимых помех. Хотя это не помогает обнаруживать цели, замаскированные более сильными окружающими помехами, это помогает различать сильные источники целей. В прошлом АРУ радара управлялись электроникой и влияли на усиление всего приемника радара. По мере развития радаров система AGC стала управляться программно и с большей степенью детализации в определенных ячейках обнаружения. Множество радиолокационных средств противодействия используйте AGC радара, чтобы обмануть его, эффективно «заглушив» реальный сигнал с помощью имитации, так как AGC будет рассматривать более слабый, истинный сигнал как помеху по сравнению с сильной имитацией.

Аудио / видео [ редактировать ]

Аудиолента генерирует определенное количество шума . Если уровень сигнала на ленте низкий, шум более заметен, т. Е. Отношение сигнал / шум ниже, чем могло бы быть. Для получения наименее шумные записей, уровень записи должен быть установлен как можно выше, не будучи настолько высокими, чтобы клип или исказить сигнал. При профессиональной записи с высокой точностью уровень устанавливается вручную с помощью пиковых значений.метр. Когда высокая точность не является требованием, подходящий уровень записи может быть установлен с помощью схемы АРУ, которая снижает усиление по мере увеличения среднего уровня сигнала. Это позволяет делать полезную запись даже для речи на некотором расстоянии от микрофона диктофона. Аналогичные соображения применимы и к видеомагнитофонам .

Потенциальным недостатком AGC является то, что при записи чего-то вроде музыки с тихими и громкими пассажами, например классической музыки, AGC будет делать тихие пассажи громче, а громкие - тише, сжимая динамический диапазон ; результатом может стать снижение качества музыки, если сигнал не будет повторно расширен при воспроизведении, как в системе компандирования .

Некоторые катушечные магнитофоны и кассетные деки имеют схемы АРУ. Те, которые используются для высокой точности, обычно этого не делают.

Большинство схем видеомагнитофона используют амплитуду вертикального запирающего импульса для работы АРУ. Схемы управления копированием видео, такие как Macrovision, используют это, вставляя пики в импульс, которые будут игнорироваться большинством телевизоров , но заставляют АРУ видеомагнитофона излишне исправлять и искажать запись.

Вогад [ править ]

Устройство регулировки усиления с голосовым управлением [7] или устройство регулировки усиления с управлением по громкости [8] (vogad) - это тип АРУ или компрессора для усиления микрофона . Обычно он используется в радиопередатчиках для предотвращения перемодуляции и уменьшения динамического диапазона сигнала, что позволяет увеличить среднюю передаваемую мощность. В телефонии это устройство принимает широкий спектр входных амплитуд и выдает в целом согласованную выходную амплитуду.

В своей простейшей форме ограничитель может состоять из пары встречных ограничивающих диодов , которые просто шунтируют избыточную амплитуду сигнала на землю, когда превышается порог проводимости диода. Этот подход просто отсекает верхнюю часть больших сигналов, что приводит к высокому уровню искажений.

В то время как ограничители ограничения часто используются как форма последней защиты от перемодуляции , правильно спроектированная схема Vogad активно контролирует величину усиления для оптимизации глубины модуляции в реальном времени. Помимо предотвращения чрезмерной модуляции, он повышает уровень тихих сигналов, так что также предотвращается недомодуляция. Недомодуляция может привести к плохому проникновению сигнала в шумных условиях, следовательно, vogad особенно важен для голосовых приложений, таких как радиотелефоны .

Хорошая схема vogad должна иметь очень быстрое время атаки , чтобы начальный громкий голосовой сигнал не вызывал внезапного всплеска чрезмерной модуляции. На практике время атаки будет составлять несколько миллисекунд, поэтому иногда требуется ограничитель ограничения, чтобы поймать сигнал на этих коротких пиках. Обычно используется гораздо большее время затухания, чтобы усиление не увеличивалось слишком быстро во время обычных пауз в естественной речи. Слишком короткое время затухания приводит к феномену « дыхания », когда уровень фонового шума увеличивается с каждым перерывом в речи. Цепи Vogad обычно настраиваются так, чтобы при низких уровнях входного сигнала сигнал не усиливался полностью, а вместо этого следовал линейной кривой усиления. Это хорошо работает с микрофонами с шумоподавлением .

Телефонная запись [ править ]

Устройства для записи обеих сторон телефонного разговора должны записывать как относительно сильный сигнал от локального пользователя, так и гораздо меньший сигнал от удаленного пользователя при сопоставимой громкости. Некоторые записывающие устройства телефонной связи включают автоматическую регулировку усиления для обеспечения записи приемлемого качества.

Биологический [ править ]

Как и в случае со многими концепциями, встречающимися в технике, автоматическая регулировка усиления также встречается в биологических системах, особенно в сенсорных системах. Например, в зрительной системе позвоночных динамика кальция в фоторецепторах сетчатки регулирует усиление в соответствии с уровнем освещенности. Кроме того, в зрительной системе клетки в V1, как полагают, взаимно подавляют, вызывая нормализацию ответов на контраст, форму автоматического контроля усиления. Аналогичным образом , в слуховой системе , что olivocochlear эфферентных нейроны являются частью биомеханического контура регулировки усиления. [9] [10]

Время восстановления [ править ]

Как и во всех системах автоматического управления, временная динамика работы АРУ может быть важной во многих приложениях. Некоторые системы АРУ медленно реагируют на необходимость изменения усиления, тогда как другие могут реагировать очень быстро. Примером приложения, в котором требуется быстрое время восстановления АРУ, являются приемники, используемые в связи с кодом Морзе, где требуется так называемая операция полного взлома или операция QSK, чтобы приемные станции могли прерывать отправляющие станции в середине символа (например, между точкой и сигналы тире).

См. Также [ править ]

  • Компандирование
  • Обрезка (аудио)
  • Сжатие динамического диапазона
  • Сжатие усиления
  • Расширенный динамический диапазон
  • Шумоподавитель
  • Глоссарий терминов видео

Ссылки [ править ]

  1. ^ К. Küpfmüller, "Убер умереть Dynamik дер selbsttätigen Verstärkungsregler", Elektrische Nachrichtentechnik , т. 5, вып. 11, pp. 459-467, 1928. (немецкий) О динамике автоматических регуляторов усиления , (английский перевод)
  2. ↑ Memorial Tributes: Национальная инженерная академия, том 9 (2001), страница 281, получено 23 октября 2009 г.
  3. ^ F. Лэнгфорд-Смит (ред.), Radiotron дизайнера Справочник 4е изд., RCA, 1953, глава 27 раздела 3
  4. ^ Автоматическая регулировка усиления в приемниках Юлианом Росу, VA3IUL
  5. ↑ Лэнгфорд-Смит 53, стр. 1108
  6. ↑ Лэнгфорд-Смит 53, глава 25, страница 1229
  7. ^ Vogad в Федеральном стандарте 1037C
  8. ^ «Рев и шепот, уравновешенный выравнивателем голоса по радио» . Popular Mechanics : 236. Февраль 1939 г.
  9. Перейти ↑ DO Kim (1984). «Функциональные роли внутренней и внешней подсистем волосковых клеток в улитке и стволе мозга». В CI Берлине (ред.). Наука о слухе: последние достижения (PDF) . College Hill Press. С. 241–262. Архивировано из оригинального (PDF) 01.07.2010 . Проверено 13 октября 2010 .
  10. Перейти ↑ RF Lyon (1990). «Автоматическая регулировка усиления в кохлеарной механике». У П. Даллоса; и другие. (ред.). Механика и биофизика слуха (PDF) . Springer-Verlag. С. 395–402. [ постоянная мертвая ссылка ]