Войти
Схема АРУ, используемой в аналоговой телефонной сети; обратная связь от уровня выходного сигнала к усилению осуществляется через резистивный оптоизолятор Vactrol. Автоматическая регулировка усиления (AGC ), является замкнутым контуром схема регулирования 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 коэффициента 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 различий в принимаемом уровне сигнала, а также вариаций в радиосигнал одной станции из-за затухания. Без АРУ звук, излучаемый радиоприемником AM , будет сильно отличаться от слабого до сильного сигнала; АРУ эффективно снижает громкость, если сигнал сильный, и увеличивает ее, когда он слабее. В типичном приемнике управляющий сигнал обратной связи АРУ обычно берется с каскада детектора и применяется для управления усилением каскадов усилителя ПЧ или ВЧ.
Сигнал, который необходимо регулировать (выход детектора в радио), поступает на диод и конденсатор, которые создают пиковое постоянное напряжение. 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.
В 1925 году Гарольд Олден Уилер изобрел автоматический регулятор громкости (AVC) и получил патент. Карл Кюпфмюллер опубликовал анализ систем AGC в 1928 году. К началу 1930-х годов большинство новых коммерческих радиовещательных приемников включали автоматическую регулировку громкости.
AGC - это отход от линейности в AM-радио приемниках. Без АРУ AM-радио имело бы линейную зависимость между амплитудой сигнала и формой звуковой волны - звуковая амплитуда, которая коррелирует с громкостью, пропорциональна амплитуде радиосигнала, потому что информационное содержание сигнала переносится изменениями амплитуды несущей волны. Если бы схема не была достаточно линейной, модулированный сигнал не мог бы быть восстановлен с разумной точностью. Однако мощность принимаемого сигнала будет широко варьироваться в зависимости от мощности и расстояния передатчика, а также затухания 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 ВЧ-интерфейса приемника на более слабых сигналах, поскольку низкое усиление может ухудшить отношение сигнал / шум и блокировка ; 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 "усиление 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 широковещательного и коротковолнового диапазонов, а также приложение разных уровней напряжения АРУ к разным каскадам приемника для предотвращения искажения и кросс-модуляция. Дизайн системы AVC оказывает большое влияние на удобство использования приемника, характеристики настройки, точность воспроизведения звука и поведение при перегрузке и сильных сигналах.
FM-приемники, даже если они включают каскады ограничителей и детекторы, которые относительно нечувствителен к колебаниям амплитуды, все же имеет преимущества АРУ для предотвращения перегрузки при сильных сигналах.
Связанное применение AGC находится в радарных системах, как метод преодоления нежелательных помех эхосигналов. 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. Многие радиолокационные контрмеры используют AGC радара, чтобы обмануть его, эффективно «заглушая» реальный сигнал с помощью имитации, поскольку AGC будет рассматривать более слабый, истинный сигнал как помеху по сравнению с сильной имитацией.
аудиокассета генерирует определенное количество шума. Если уровень сигнала на ленте низкий, шум более заметен, то есть отношение сигнал / шум ниже, чем могло бы быть. Для обеспечения записи с наименьшим шумом уровень записи должен быть установлен как можно более высоким, но не настолько высоким, чтобы clip или исказил сигнал. При профессиональной записи с высокой точностью уровень устанавливается вручную с помощью пикового измерителя . 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 аудиомагнитофона. Аналогичные соображения применимы к видеомагнитофонам.
Потенциальным недостатком AGC является то, что при записи чего-то вроде музыки с тихими и громкими пассажами, таких как классическая музыка, AGC будет стремиться делать тихие пассажи громче, а громкие - тише, сжимая динамический диапазон ; результатом может быть снижение качества музыки, если сигнал не будет повторно расширен при воспроизведении, как в системе с компандированием.
Некоторые катушки магнитофоны и кассетные деки имеют цепи АРУ. Те, которые используются для высокой точности, обычно этого не делают.
Большинство схем видеомагнитофона используют амплитуду импульса вертикального гашения для управления АРУ. Схемы управления копированием видео, такие как Macrovision, используют это, вставляя пики в импульс, которые будут игнорироваться большинством телевизоров, но заставят АРУ видеомагнитофона излишне исправлять и искажать запись.
Устройство регулировки усиления с голосовым управлением или устройство регулировки усиления с регулировкой громкости (vogad) - это тип АРУ или компрессора для микрофона. усиление. 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 последовательно соединенных фиксирующих диодов, которые просто шунтируют избыточную амплитуду сигнала на землю при превышении порога проводимости диода. Этот подход просто отсекает верхнюю часть больших сигналов, что приводит к высокому уровню искажений.
В то время как ограничители клиппирования часто используются как форма последней защиты от перемодуляции, правильно спроектированная схема Vogad активно контролирует величину усиления для оптимизации модуляции. глубина в реальном времени. Помимо предотвращения перемодуляции, 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 начальное громкий голосовой сигнал не вызывает 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 на каждом перерыве 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.
Устройства для записи обеих сторон телефонного разговора должны записывать как относительно сильный сигнал от локального пользователя, так и гораздо меньший сигнал от удаленного пользователя на сопоставимая громкость. Некоторые записывающие устройства телефонной связи включают автоматическую регулировку усиления для обеспечения записи приемлемого качества.
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 ретинальных фоторецепторах регулирует усиление в соответствии с уровнями освещенности. Кроме того, в зрительной системе клетки в V1, как полагают, взаимно подавляют, вызывая нормализацию реакции на контраст, форму автоматического контроля усиления. Точно так же в слуховой системе, оливокохлеарные эфферентные нейроны являются частью контура биомеханического контроля усиления.
Как и во всех автоматических систем 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 связях азбукой Морзе, где требуется так называемый полный взлом или операция QSK, чтобы приемные станции могли прерывать отправляющие станции в середине. символ (например, между сигналами точки и тире).
