Автоматическая регулировка усиления, АРУ (англ.automatic gain control, AGC) — процесс, при котором выходной сигнал некоторого устройства, как правило электронного усилителя, автоматически поддерживается постоянным по некоторому параметру (например, амплитуде простого сигнала или мощности сложного сигнала), независимо от амплитуды (мощности) входного сигнала. В аппаратуре, использующейся для прослушивания радиовещательного эфира, АРУ также называют устарелым термином автоматическая регулировка громкости (АРГ), а в приёмниках проводной связи — автоматической регулировкой уровня. В импульсных приёмниках (радиолокационных и других) применяют АРУ, учитывающие особенности работы в импульсном режиме.
АРУ применяется для исключения перегрузки выходных каскадов приёмников при больших входных сигналах. Используется в бытовой аппаратуре, в приёмниках спутников связи и т. д. Также, существует ручная регулировка усиления (РРУ), выполняется на пассивных или активных (электронных) радиоэлементах или с помощью аттенюаторов.[1]
В 1925 Гарольд Олден Уилер изобрел автоматическую регулировку громкости (АРГ) и получил патент. Карл Кюпфмюллер[англ.] издал анализ систем АРУ в 1928.[2] К началу 1930-х все бытовые радиоприемники включали автоматическую регулировку громкости.[3]
Классификация
Существует три типа АРУ: простая, усиленно-задержанная и просто задержанная. Или по типу сигнала схемы АРУ бывают двух типов:
Также, если искажения сигнала не важны, применяют схему ограничителя.
Устройство
Напряжение сигналов, поступающих на вход приёмника, как правило значительно меняется: из-за различия передаваемой мощности передатчиков и расстояний их от места приёма, замираний сигналов при распространении, резкого изменения расстояний и условий приёма между передатчиком и приёмником, установленными на движущихся объектах (самолётах, автомобилях и т. д.), и других причин. Это приводит к недопустимым колебаниям или искажениям сигналов в приёмнике. Система АРУ стремится минимизировать различия напряжения выходного и входного сигнала приёмника. Это осуществляется посредством цепей, которые передают выпрямленное детектором регулирующее напряжение на базы транзисторов, усилителей высокой, промежуточной частоты и преобразователя частоты, которые уменьшают их усиление с увеличением напряжения сигнала на входе и наоборот: происходит компенсация в приёмнике изменений напряжения входных сигналов. Основные параметры систем АРУ:
Динамический диапазон (дБ) — это глубина изменения входного сигнала (разница между минимальным и максимальным сигналом), при котором ещё выходной сигнал находится в допустимых пределах;
Время срабатывания АРУ (дБ/с) — отражает скорость реакции АРУ на скачок входного сигнала. Данный параметр равен бесконечности (нулевое время срабатывания) для ограничителя сигнала.
Важным свойством системы АРУ является наличие выхода, показывающего уровень входного сигнала (невозможно сделать для ограничителя).
Схемы АРУ
Обратная
Эта схема получила такое название, из-за того, что управляющее напряжение (Uупр) подается со стороны выхода в направлении входа РУ. Пропорционально уровню входного сигнала обеспечивается управляющее напряжение, благодаря коэффициенту передачи КД детектора АРУ (ДЕТ): Uупр = КД ⋅ Купр ⋅ Uвых. Фильтр АРУ (ФНЧ) отфильтровывает составляющие частот модуляции и пропускает медленно меняющиеся составляющие напряжения Uупр. Цепь АРУ называется простой, если она состоит только из детектора и фильтра. В цепь АРУ может включаться усилитель, устанавливаемый после детектора (УПТ).
Прямая
Входное напряжение Uвх детектируется, и за счёт этого формируется управляющее напряжение Uупр. Выходное напряжение получается путём умножения Uвх на коэффициент усиления Ko. Таким образом, при увеличении Uвх уменьшается Ko; при этом их произведение может оставаться постоянным, что позволяет реализовать идеальную характеристику АРУ, но практически добиться этого не удается. Прямая схема АРУ имеет некоторые существенные недостатки, один из которых состоит в необходимости включать перед детектором в цепи АРУ дополнительный высокочастотный (ВЧ) усилитель с большим коэффициентом усиления, прямая АРУ также нестабильна, то есть подвержена воздействию различных дестабилизирующих факторов. В связи с этим она нашла ограниченное применение.
Пассивная
Пассивные АРУ-устройства, не потребляющие электрическую энергию, то есть не имеющие в своём составе источников тока. Как правило, такие пассивные АРУ выполняются в виде аттенюаторов, каждый из резисторов которого представляет собой термосопротивление (термисторы). С повышением температуры сопротивление увеличивается, что вызывает уменьшение вносимого ослабления аттенюатором. И, наоборот, при понижении температуры окружающей среды ослабление аттенюатора увеличивается.
Автоматическая регулировка уровня записи
Катушечный магнитофон "Юпитер-203-стерео", Киевское ПО "Коммунист", 1979 г. с регулировкой уровня записи
В общем случае АРУЗ выравнивает амплитуду звукового сигнала для записи равномерного и качественного звука.
Автоматическая регулировка уровня записи применяется в съемочной технике и других устройствах магнитной звукозаписи, используемой в видеопроизводстве для предотвращения проблем ручной регулировки уровня записи звука. При ручной регулировке уровня записи звука необходимо постоянно следить за индикатором звука и устанавливать приемлемый уровень записи звука согласно уровню принимаемого звукового сигнала. Это отвлекает от работы с визуальным содержанием кадра. При этом даже при постоянном слежении за индикатором записи звука избежать кратковременных перегрузов или, наоборот, потери звуковой информации не удаётся. Ручное регулирование уровня записи трубет временных затрат, что негативно сказывается на результатах работы.
Способ АРУЗ заключается в том, что:
в процессе звукозаписи измеряют уровень записываемого сигнала, на основе которого регулируется коэффициент усиления усилителя в тракте звукозаписи до достижения требуемой величины уровня записываемого сигнала,
отличающийся тем, что в тракте звукозаписи постоянно определяют текущее значение коэффициента стохастичности записываемого сигнала и сравнивают полученное значение с пороговой величиной, которая задается заранее,
а коэффициент усиления усилителя регулируется только при текущем значении коэффициента стохастичности, не превышающим пороговой величины,
и поддерживают постоянный коэффициент усиления усилителя, равный коэффициенту усиления усилителя в момент превышения текущим значением коэффициента стохастичности заданной пороговой величины, в течение всего периода такого превышения.[4]
Операционный усилитель — усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления. ОУ почти всегда используются в схемах с глубокой отрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент усиления/передачи полученной схемы.
Отрица́тельная обра́тная связь (ООС) — вид обратной связи, при котором изменение выходного сигнала системы приводит к такому изменению входного сигнала, которое противодействует первоначальному изменению.
Аттенюа́тор — устройство для плавного, ступенчатого или фиксированного понижения интенсивности электрических или электромагнитных колебаний, как средство измерений является мерой ослабления электромагнитного сигнала, но также его можно рассматривать и как измерительный преобразователь. ГОСТ 28324-89 определяет аттенюатор как элемент для снижения уровня сигналов, обеспечивающий фиксированное или регулируемое затухание.
Усили́тель постоя́нного то́ка (УПТ) — усилитель электрических сигналов, обычно электронный усилитель, диапазон усиливаемых частот которого включает нулевую частоту.
Dolby (До́лби) — семейство систем шумопонижения (СШП) для профессиональной и бытовой аналоговой магнитной записи, разработанное в 1960—1980-е годы Реем Долби и коммерциализированное компанией Dolby Laboratories.
Шумопонижение — процесс устранения шумов из полезного сигнала с целью повышения его субъективного качества или для уменьшения уровня ошибок в каналах передачи и системах хранения цифровых данных. Методы шумоподавления концептуально очень похожи независимо от обрабатываемого сигнала, однако предварительное знание характеристик передаваемого сигнала может значительно повлиять на реализацию этих методов в зависимости от типа сигнала.
Измери́тельный усилитель — электронный усилитель, применяемый в процессе измерений и обеспечивающий точную передачу электрического сигнала в заданном масштабе.
Электро́нный усили́тель — устройство, способное усиливать электрическую мощность сигнала с малыми искажениями его формы, то есть, имеющие коэффициент усиления по мощности больше 1. Устройства, усиливающие только ток или напряжение усилителями не являются. Принцип работы электронного усилителя основан на изменении активного или реактивного сопротивления электрической проводимости применённых в усилителе в активных электронных приборах в газах, вакууме и полупроводниках под воздействием сигнала малой мощности. Энергия необходимая для усиления мощности отбирается усилителем от источника его питания, обычно в качестве источника питания используются источники постоянного тока.
Регенерати́вный радиоприёмник (регенера́тор) — радиоприёмник с положительной обратной связью в одном из каскадов усиления радиочастоты. Обычно это радиоприёмник прямого усиления, но известны и супергетеродинные приёмники с регенеративными связями как в усилителе радиочастоты, так и в усилителе промежуточной частоты).
Компрессор — электронное устройство или компьютерная программа, выполняющее уменьшение (сжатие) динамического диапазона звукового сигнала; иными словами, компрессор позволяет сделать более узкой разницу между самым тихим и самым громким звуком.
Автоматическая подстройка частоты (АПЧ) — устройство или метод автоматического изменения и удержания необходимой частоты электрических колебаний генератора. Метод заключается в автоматической дополнительной регулировке частоты генератора, по информации о рассогласовании частоты из цепи обратной связи. Тем самым осуществляется отрицательная обратная связь по частоте. Сигнал рассогласования по частоте может вырабатываться дискриминатором по различным характеристикам сигнала, получаемого в радиотехническом устройстве с использованием текущей частоты генератора заданной частоты и сравнения её с опорной частотой, например, несущей частотой сигнала. Частота генератора может отличаться от необходимой из-за температурного дрейфа номиналов электронных компонентов, входящих в устройство; из-за неточной установки частоты генератора; или из-за доплеровского сдвига частот.
Дете́ктор, демодуля́тор — элемент или электрическая цепь для обнаружения электромагнитных колебаний с целью их индикации или выявления закона их изменения во времени. С помощью детектора в приёмных устройствах различного назначения происходит выделение информации, заложенной в виде амплитудной (АМ), частотной (ЧМ) или фазовой (ФМ) модуляции несущего сигнала — соответственно детектор называют амплитудным, частотным и фазовым.
«Ламповый звук» — термин, возникший во второй половине XX века в среде любителей звукозаписи и музыкантов для обозначения отличий в звучании музыки, прошедшей усилительный тракт, выполненный на электронных лампах, от музыки, записанной или воспроизведённой с помощью усилителей на транзисторах. Популярность противопоставления «тёплого», «мягкого», «комфортного» лампового звука и «бесстрастного, мониторного» звучания «твердотельного» (кремниевого) усилителя разные исследователи приписывают смеси эмоциональных, технических и коммерческих причин.
УЛПЦТ (аббр. Унифицированный Лампово-Полупроводниковый Цветной Телевизор, — первая серия унифицированных телевизионных приёмников цветного изображения, разработанная в СССР в 1971 году, и выпускавшаяся с 1972 по 1989 год. Разработка была отмечена государственной премией. С 1974 года в конструкции телевизора стали применяться интегральные микросхемы, в результате чего серия стала обозначаться как УЛПЦТИ.
Предусилитель (предварительный усилитель) — электронный усилитель, который преобразует слабый электрический сигнал в более мощный. Предусилитель размещают как можно ближе к источнику сигнала, чтобы передать этот сигнал без значительных искажений и шумов для последующей обработки. Предварительный усилитель также выполняет роль развязывающего устройства, защищающего источник сигнала от нестабильного входного импеданса следующего тракта.
S-метр — в технике радиосвязи измеритель силы принимаемого радиосигнала в условных баллах шкалы S.
dbx — компандерная система шумопонижения (СШП), разработанная в начале 1970-х годов Дэвидом Блэкмером. В отличие от конкурировавших СШП Dolby, dbx сжимает и экспандирует сигнал во всём диапазоне звуковых частот и на всех уровнях сигнала, что снижает чувствительность СШП к частотным и фазовым искажениям тракта записи-воспроизведения и к точности его настройки. Подавление шума магнитной ленты достигает 30 дБ, динамический диапазон записываемого и воспроизводимого сигнала достигает 100 дБ. В отличие от СШП Dolby, dbx эффективно подавляет и низкочастотные шумы ленты, и низкочастотные помехи и шумы тракта воспроизведения. Высокие показатели достигаются ценой полной несовместимости лент, записанных с применением dbx, с обычной аппаратурой, не оснащённой декодером dbx.
Директ-бокс или ди-бокс — устройство для преобразования небалансных (несимметричных) выходных аудиосигналов источников с высоким внутренним сопротивлением в балансный аудио сигнал источника с низким сопротивлением (низкоомный). Обычно используется в студиях звукозаписи и на концертных площадках. Для подключения, как правило, используются соединители XLR. Устройство выполняет функцию согласования подключения небалансных источников к балансным входам, позволяет менять в определённых пределах уровень подаваемого на вход несимметричного сигнала, позволяет избежать возникновения выравнивающего тока. Также данное устройство позволяет минимизировать искажения и помехи, которые могут возникать при передаче сигнала от высокоомного источника на значительные расстояния посредством кабеля.
Лине́йный у́ровень аналогового сигнала — средняя величина напряжения сигнала, передаваемого из одного блока сигнального тракта в другой по межблочным линиям связи; в более общей формулировке линейный уровень — среднее напряжение сигнала в любой точке аналогового тракта. Соответствующий линейному уровню сигнал называют сигналом линейного уровня, выходную цепь источника такого сигнала — линейным выходом, а совместимую с ним входную цепь приёмника сигнала — линейным входом. Понятие линейного уровня, появившееся в США в межвоенный период, восходит к понятию линии проводной телефонной связи и не связано непосредственно с понятиями линейности и нелинейности аналогового тракта.
Цифровой потенциометр — это электронный компонент с цифровым управлением, который имитирует функции потенциометра. Он часто используется для обрезки и масштабирования аналоговых сигналов микроконтроллерами.
Эта страница основана на статье Википедии. Текст доступен на условиях лицензии CC BY-SA 4.0; могут применяться дополнительные условия. Изображения, видео и звуки доступны по их собственным лицензиям.
