Интеллектуальная АРУ. Теория и практика

[Игорь 2]

Практически во всех моих последних аппаратах, обязательной составной частью общей системы АРУ является т. н., интеллектуальная АРУ, по определённому алгоритму меняющая свои постоянные времени по определённому алгоритму. 
В ряде аппаратов, она совмещена с пиковой АРУ, отрабатывающей лишь короткие пички, в ряде является единственной.
До сих пор возникают вопросы по модернизации и общим принципам работы этой системы, поэтому, самым подробным образом расписываю что там и к чему.
Итак, начинаем с того, что я хотел сделать. 

Сразу было понятно, что совместить малое время отпускания с малыми искажениями, вызванными работой классической АРУ, нельзя в принципе - для малых искажений нужно довольно большое время отпускания.
Поэтому, было принято решение, что, если на НЧ выходе присутствует некий номинальный уровень сигнала, то постоянную времени отпускания нужно резко увеличивать, а, как только он исчезает, через какое-то определённое время снижать.
Естественно, сразу встаёт вопрос – а что считать номинальным уровнем? На основе прослушивания реальных записей эфира, я принял решение, что, оптимально считать уровень номинальным, если в нём присутствуют всплески с уровнем не ниже -4 дБ от того уровня, что выставляет АРУ.
Т.е., положим, АРУ выставляет на выходе 1 В, если в течение какого-то заданного времени, не появляется хоть один всплеск выше 0.63 В, система снижает постоянную времени и усиление начинает расти до тех пор, пока не выйдет на максимум, или же, АРУ не зацепится за полезный сигнал, или шум.

Ну, а теперь посмотрим на упрощённую схемную реализацию этого алгоритма. 

[Игорь 2]

На вход схемы подаётся напряжение с детектора, выпрямляющего относительно 6 В, т. е., при нулевом напряжении, детектор выдаёт 6 В постоянки. Я показал это условно, соединив вход с шиной +6 В через резистор.

Рассмотрим режим с напряжением на входе 6 В – детектор ничего не выпрямляет.
На выходе DA1 – ноль ( на плюсовом входе 6 В, на минусовом - выше – подано напряжение с делителя R8, R9),
На выходе DA2 – лог 0 (U+=6 В, U-=8 В), транзистор Т1 закрыт, на выходе DA4 – лог. 0, на выходе DA3 – лог. 1 (U+= 3.3В, U-=0 В), RS триггер на затвор транзистора Т2 даёт лог. единицу, транзистор Т2 подключает к времязадающему конденсатору АРУ С2 разрядный резистор R7, постоянная времени разряда равна С2*R7.

Несложно заметить, что при напряжении с детектора 1.1 В (7.1 В относительно земли – см. шину «Z»), на выходе DA2 появится лог. 1, транзистор Т1 практически мгновенно разрядит С1, и на выходе DA4 появится лог. 1.

Так же несложно заметить, что, при дальнейшем росте напряжения на выходе детектора, и достижением им уровня выше 1.8 В (7.8 В относительно земли) узел на DA1 выдаст на выходе более 3.3 В, которые превысят напряжение на плюсовом входе DA3 (3.3 В), и на выходе последнего, появится лог. ноль.
Почему именно 3.3 В? А потому, что с этого напряжения на выходе DA3 начинают открываться шунтирующие диоды, и АРУ вступает в работу – усиление тракта снижается – перекидывание DA3 в ноль на выходе говорит о том, что АРУ вступила в работу.

Какие выводы можно сделать из вышенаписанного?
Во-первых, при напряжении с детектора в интервале более 1.1 В, на нижнем входе RS триггера (элемент DD2) будет лог. 1.
Во-вторых, при достижении входным напряжением уровня срабатывания АРУ (1.8 В на выходе детектора), на верхнем входе RS триггера (DD1), установится лог. ноль, триггер перекинется на ноль по нижнему выходу, и постоянная времени разряда цепи АРУ резко возрастёт – она уже будет определяться конденсатором С2 и опциональным резистором R6, который может вообще не ставиться – подробнее о нём ниже.
В-третьих, постоянная времени разряда цепи АРУ так и будет оставаться очень высокой до тех пор, пока за время, задаваемое цепочкой R3C1, будет появляться хотя бы один импульс с детектора выше 1.1 В, что и составляет от 1.8 В, задаваемых АРУ нужные нам -4 дБ.
Т. е., всё ровно так, как и написано в алгоритме. 
Любые попытки упростить как алгоритм, так и схемную реализацию, приводили к ухудшению результата. 

[Игорь 2]

Что ещё выяснилось из интересных моментов.
При реальном эфирном шуме, и отсутствии резистора R6, при установке усиления на максимум, короткие пички шума время от времени подзаряжают времязадающий конденсатор С2, в результате чего, усиление тракта постепенно падает.
Через какое-то время, оно снижается до такого уровня, что за время заряда конденсатора С1 через резистор R3 (они, напомню, определяют время, за которое, если не появится полезный сигнал, постоянная времени разряда цепи АРУ снизится), на входе схемы не появляется ни одного импульса с уровнем более 1.1В, и АРУ поднимает усиление на 4 дБ.
На слух это воспринимается, как периодические всплески шума примерно через каждые 20...40 секунд.
Чтобы уйти от этого эффекта, и поставлен резистор R6, задающий время разряда цепи АРУ примерно минута, с ним указанный эффект проявиться не может, но и искажения, естественно, возрастают, хотя, остаются на вполне приемлемом уровне - не хуже -80 дБ.   

[Игорь 2]

Резюме.
Итак, на данный момент схемно реализован следующий алгоритм.

Исходное состояние разрядной цепи АРУ задаётся временем, которое относительно мало, и может задаваться программно в интервале от 0.5 до 2 с.

Как только АРУ начинает снижать усиление тракта, это время возрастает до 60 с.

Возврат на исходные времена отпускания происходит в том случае, если в течение какого-то заданного времени (там тоже несколько позиций - от 0.2 до 2 с), не появится ни одного пичка с уровнем более -4 дБ от номинального уровня АРУ.

Совершенно естественно, что качественный аппарат, помимо интеллектуалки, обязан иметь как скоростную обычную АРУ для съедения коротких импульсов, которые совершенно нет смысла отрабатывать интеллектуалкой, так и лимитер, не допускающий всплесков сигнала на НЧ выходе на переходных процессах...

[ra0ahc]

А по времени, выход на рабочее напряжение у с2 и резистора R5 после диода, сколько?

Возврат на исходные времена отпускания происходит в том случае, если в течение какого-то заданного времени (там тоже несколько позиций - от 0.2 до 2 с), не появится ни одного пичка с уровнем более -4 дБ от номинального уровня АРУ.

Ах вот оно что!! ВОт чего мне в цифре не хватило. 

[Игорь 2]

выход на рабочее напряжение у с2 и резистора R5 после диода, сколько?

Там тоже можно выбирать разные времена. В последнем варианте, где отдельная ветвь обработки коротких импульсов, постоянные времени заряда интеллектуалки 0.1...1 с. 

ВОт чего мне в цифре не хватило.

 

[Игорь 2]

Теперь по поводу упрощённой схемной реализации у Андрея, и, собственно, всех остальных - http://analogtrx.com/SMF/index.php?topic=501.msg25065#msg25065
Для начала, условно предположим, что цепи заряда конденсаторов сделаны правильно, т. е., заряд ёмкостей всё-таки, проходит через токоограничительный резистор. 

[Игорь 2]

Рассмотрим логику работы схемы.
При поступлении на вход детекторных секций переменного напряжения, как верхняя, так и нижняя, заряжают свои конденсаторы до равного напряжения.
При исчезании напряжения на входе, нижняя секция разряжается быстрее, и как только напряжение на С2 станет ниже напряжения на С1 примерно на 0.7 В, С1 начинает форсированно разряжаться транзистором Т1, чем и обеспечивается интеллектуальность.
Казалось бы, всё, как и у меня, к чему городить огород? 
Однако, давайте посмотрим на всё внимательно.

Итак, вопрос номер один – чем обеспечивается порог срабатывания данной АРУ?
Ответ очевиден – прямым падением напряжения на диодах, и напряжением открывания транзистора Т2, которое, согласно даташиту, составляет от 0.5 до 1.5 В, т. е., различается в ТРИ раза.
Говоря по-русски, под каждый транзистор потребуется индивидуальная подстройка, и ни о какой повторяемости этого параметра не может быть и речи.

Вопрос номер два – а чем задаётся интервал номинальных напряжений, при котором конденсатор С1 не начинает форсированно разряжаться (у меня, напомню, это 4 дБ строго заданные и вполне повторяемые).
Ответ очевиден – разница задаётся напряжением открывания эмиттерного перехода транзистора Т1 – примерно 0.7 В, но, опять же, нужно обратить внимание на то, что напряжение открывания Т2 может оказаться НИЖЕ 0.7 В, в этом случае, транзистор Т1 вообще не сможет шунтировать конденсатор С1, и работа интеллектуалки будет невозможна.
Но, даже в том случае, когда напряжение открывания Т2 выше 0.7 В, и интеллект как-то ещё работает, радоваться рано - отношение верхней к нижней границе номинального напряжения, при котором С1 не начинает ускоренно разряжаться, зависит от этого самого напряжения открывания Т2, и может различаться в ДЕСЯТКИ раз.

Вопрос номер три – А чем же определяется время, по истечении которого, включается ускоренная разрядка времязадающего конденсатора С1?
Ответ очевиден – оно определяется напряжением открытия транзистора Т2, и постоянной времени С2R2, которая по совместительству, определяет и время ускоренного разряда.

Сразу же можно задать вопрос – а чем определяется время ускоренного разряда – опять же постоянной времени С2R2, которая по совместительству определяет и время, после которого начинается ускоренный разряд.

Короче, устал уже писать, схема может работать, может не работать, индивидуальная подстройка параметров невозможна, повторяемости нет (а у меня всё ставится автоматически, и возможна отдельная регулировка каждого из параметров  ), зато всё просто, короче, каждый тут сам решает, и ответ на вопрос что делать, для каждого, не склонного к мазохизму, по-моему, вполне очевиден…

[Егм]

Коли начался анализ сторонних схем . Подкину такой вариант .
Что скажет "товарищ Жуков ? "

[Игорь 2]

Что скажет "товарищ Жуков ? "

Так это же чушь какая-то - средняя секция с бесконечным усилением по постоянке...

[Егм]

средняя секция с бесконечным усилением по постоянке...

Классический интегратор на ОУ .

[Игорь 2]

Классический интегратор на ОУ .

Всё верно. На входе тональник, на выходе детекторной секции статичное напряжение. Положим, цепь АРУ разомкнута. И Ваш интегратор интегрирует напряжение детектора по времени, линейно наращивая своё выходное напряжение.
Теперь замыкаем цепь АРУ, и с течением времени интегратор будет просаживать усиление, пока его в ноль не уведёт....

[Егм]

течением времени интегратор будет просаживать усиление

Да , до тех пор пока напряжения на вх вых ОУ не сровняются - усиление тракта стабилизировалось на
заданном уровне .

[Игорь 2]

Да , до тех пор пока напряжения на вх вых ОУ не сровняются

Здравствуй, ёлка, Новый год! Теорию операционников вспомните - Ваш интегратор успокоится только тогда, когда напряжения на обоих его входах сравняются, т. е., на минусовом должен быть ноль. А это Ваш выход детектора. Т. е., сигнал на выходе приёмника тоже ноль.   
Тракт заперт полностью системой АРУ. 

[Егм]

Понял свою ошибку .
Забыл сумматор по входу .(рис)
Плюсовые вх ОУ нужно на опорное напряжение посадить .
Спасибо за подсказку .