WikiDer > Автоматическая регулировка усиления

Automatic gain control
Схема АРУ, используемой в аналоговой телефонной сети; обратная связь от уровня выходного сигнала к усилению осуществляется через Вактрол резистивный оптоизолятор.

Автоматическая регулировка усиления (AGC), является замкнутым Обратная связь цепь регулирования в усилитель мощности или цепочка усилителей, цель которых - поддерживать подходящую амплитуду сигнала на его выходе, несмотря на изменение амплитуды сигнала на входе. Средний или пиковый уровень выходного сигнала используется для динамической регулировки прирост усилителей, что позволяет схеме удовлетворительно работать с большим диапазоном уровней входного сигнала. Он используется в большинстве радиоприемники для выравнивания средней громкости (громкость) разных радиостанций из-за различий в принимаемых сила сигнала, а также вариации радиосигнала отдельной станции из-за угасание. Без AGC звук, издаваемый ЯВЛЯЮСЬ радио приемник будет сильно отличаться 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 с детектор и применяется для управления усилением каскадов усилителя ПЧ или ВЧ.

Как это устроено

Сигнал, подлежащий регулировке усиления (выход детектора в радио), поступает на диод & конденсатор, которые производят пиковое напряжение постоянного тока. Он подается на блоки усиления RF для изменения их смещения, 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

Радиоприемники AM

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

AGC - это отход от линейности в AM-радио приемники.[3] Без АРУ AM-радио имело бы линейную зависимость между амплитудой сигнала и формой звуковой волны - звуком. амплитуда, который коррелирует с громкостью, пропорционален амплитуде радиосигнала, поскольку информативность сигнала переносится изменениями амплитуды несущая волна. Если бы схема не была достаточно линейной, модулированный сигнал не мог бы быть восстановлен разумным верность. Однако сила принимаемого сигнала будет широко варьироваться в зависимости от мощности и расстояния до передатчик, и путь сигнала затухание. 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 RF передний конец приемника на более слабых сигналах, так как низкий коэффициент усиления может ухудшить соотношение сигнал шум и блокировка;[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 вещательных и коротковолновых диапазонов, а также 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 при сильных сигналах.

Радар

Связанное приложение AGC находится в радар системы, как метод преодоления нежелательных беспорядок эхо. 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 AGC стала управляться программно и с большей степенью детализации в определенных ячейках обнаружения. радиолокационные средства 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

An аудиозапись генерирует определенное количество шум. Если уровень сигнал на ленте низкий, шум более заметен, т.е. соотношение сигнал шум ниже, чем могло бы быть. Для получения наименее шумной записи уровень записи должен быть установлен как можно более высоким, но не настолько высоким, чтобы зажим или же искажать сигнал. В профессиональном высокая точность уровень записи устанавливается вручную с помощью пиковое чтение 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 микрофон диктофона. Аналогичные соображения применимы к Видеомагнитофоны.

Потенциальным недостатком AGC является то, что при записи чего-то вроде музыки с тихими и громкими отрывками, например классической музыки, AGC будет делать тихие отрывки громче, а громкие - тише, сжимая звук. динамический диапазон; результатом может быть снижение качества музыки, если сигнал не будет повторно расширен при воспроизведении, как в компандирование система.

Немного катушка на катушку магнитофоны и кассетные деки есть цепи АРУ. Те, которые используются для высокой точности, обычно этого не делают.

Большинство схем видеомагнитофона используют амплитуду вертикальный импульс гашения для работы с AGC. Схемы управления копированием видео, такие как Macrovision использовать это, вставляя импульсы в импульс, которые будут игнорироваться большинством телевидение устанавливает, но приводит к чрезмерному исправлению АРУ видеомагнитофона и повреждению записи.

Вогад

Устройство регулировки усиления с голосовым управлением[7] или регулируемое по громкости устройство[8] (вогад) - это тип АРУ или компрессор за микрофон усиление. Обычно используется в радиопередатчиках для предотвращения сверхмодуляция и уменьшить динамический диапазон сигнала, что позволяет увеличить среднюю передаваемую мощность. В телефония, это устройство принимает широкий спектр входных амплитуд и выдает в целом согласованную выходную амплитуду.

В простейшем виде ограничитель может состоять из пары соединенных друг с другом фиксирующие диоды, которые просто шунтируют избыточную амплитуду сигнала на землю при превышении порога проводимости диода. Этот подход просто отсекает верхнюю часть больших сигналов, что приводит к высоким уровням искажений.

Пока ограничители отсечения часто используются в качестве последней меры защиты от сверхмодуляция, 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, поэтому vogad особенно важен для голосовых приложений, таких как радиотелефоны.

Хорошая трасса вогад должна иметь очень быструю время атаки, так что начальный 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 явлению "дыхание", где уровень фонового шума повышается при каждом перерыве в речи. Схемы Vogad обычно настраиваются таким образом, что при низких уровнях входного сигнала сигнал не усиливается полностью, а вместо этого следует линейной кривой усиления. Это хорошо работает с шумоподавление микрофоны.

Телефонная запись

Устройства для записи обеих сторон телефон разговор должен записывать как относительно сильный сигнал от локального пользователя, так и гораздо более слабый сигнал от удаленного пользователя при сопоставимой громкости. Некоторые записывающие устройства телефонной связи включают автоматическую регулировку усиления для обеспечения записи приемлемого качества.

Биологические

Как и в случае со многими концепциями, встречающимися в технике, автоматическая регулировка усиления также встречается в биологических системах, особенно в сенсорных системах. Например, в позвоночное животное зрительная система, кальциевая динамика в сетчатка фоторецепторы отрегулируйте 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. Точно так же в слуховая система, то оливокохлеарный эфферент нейроны являются частью биомеханического контура управления усилением.[9][10]

Время восстановления

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 помощью кода Морзе, где так называемые полный взлом или операция QSK необходима для того, чтобы принимающие станции могли прерывать передачу станций в середине символа (например, между сигналами точки и тире).

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ К. Кюпфмюллер, "Über die Dynamik der selbsttätigen Verstärkungsregler", Elektrische Nachrichtentechnik, т. 5, вып. 11, стр. 459-467, 1928. (немецкий). О динамике автоматических регуляторов усиления, (Английский перевод)
  2. ^ Памяти: Национальная инженерная академия, том 9 (2001) страница 281, получено 23 октября 2009 г.
  3. ^ Ф. Лэнгфорд-Смит (ред.), Справочник конструктора радиотронов 4-е изд., RCA, 1953, глава 27, раздел 3
  4. ^ Автоматическая регулировка усиления в приемниках Юлиан Рошу, VA3IUL
  5. ^ Лэнгфорд-Смит 53, стр. 1108
  6. ^ Лэнгфорд-Смит 53, глава 25, стр. 1229
  7. ^ Вогад по Федеральному стандарту 1037С
  8. ^ "Рев и шепот, уравновешенный выравнивателем голоса по радио". Популярная механика: 236. Февраль 1939 г.
  9. ^ Д. О. Ким (1984). «Функциональные роли внутренней и внешней подсистем волосковых клеток в улитке и стволе мозга». В С. И. Берлине (ред.). Наука о слухе: последние достижения (PDF). College Hill Press. С. 241–262. Архивировано из оригинал (PDF) на 2010-07-01. Получено 2010-10-13.
  10. ^ Р. Ф. Лион (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]