Схемы ару на транзисторах своими руками
Обновлено: 07.07.2024
| Рисунок 1. | Мягкий ограничитель уровня сигнала. |
В предлагаемом устройстве в качестве регулирующего звена АРУ используется p-канальный полевой транзистор (VT1) с большим напряжением отсечки (VGS_OFF) и с подходящим сопротивлением канала в открытом состоянии (RDS_ON). Оптимальным будет транзистор с VGS_OFF в пределах от 3 до 7 В и RDS_ON порядка 400 - 200 Ом.
Сопротивление канала транзистора VT1 в открытом состоянии (RDS_ON) вместе с номинальным значением резистора R4 определяет максимальный динамический диапазон устройства в части глубины регулировки АРУ. Вычислить этот диапазон можно по формуле
Причиной высоких общих гармонических искажений обычных усилителей с АРУ являются большие нелинейные искажения, вносимые регулируемым аттенюатором. Снизить эти искажения можно с помощью специальной дополнительной RC-цепочки (C3, R13, R14), то есть путем введения в регулирующий элемент VT1 отрицательной обратной связи по затвору. Вторая проблема (реакция на амплитуду любого знака) решается путем использования схемы прецизионного двухполупериодного выпрямителя.
Важным элементом цепи управления является транзистор VT2, изменяющий напряжение на затворе транзистора VT1 в соответствии с абсолютным уровнем входного сигнала. При снижении напряжения на затворе VT1 уменьшается его сопротивление, что, соответственно, уменьшает коэффициент передачи аттенюатора. Таким образом, уровень выходного сигнала схемы не будет превышать установленного значения тех пор, пока напряжение на затворе транзистора VT1 не станет равным нулю. В этом случае транзистор VT1 будет полностью открыт.
Разборчивость речи зависит от постоянной время интегратора (R7, С4), которая может быть подобрана экспериментально. Приемлемыми для речевого сигнала значениями будут R7 = 330 кОм и C4 = 10 мкФ. Подстроечным резистором R12 устанавливается необходимое максимальное значение амплитуды выходного сигнала. Подчеркнем еще раз, что схема не работает со среднеквадратичными значениями! Естественно, что максимальная амплитуда выходного сигнала не может быть меньше, чем порог включения VT2, для слаботочных кремниевых транзисторов равный примерно 0.68 В. Именно до этого значения амплитуды усилитель ведет себя как обычный линейный, а затем меняет свой коэффициент передачи, фиксируя максимальную амплитуду сигнала на новом уровне, после чего опять работает линейно без компрессии до восстановления интегратора и нового захвата. Необходимый уровень входного сигнала может быть установлен выбором соответствующего коэффициента усиления DA1–1, который можно рассчитать по формуле
Естественно, что это справедливо только в рабочей полосе частот.
Описанное устройство имеет очень малое время отклика, составляющее менее половины периода входного сигнала.
Выводы
Основные особенности мягкого ограничителя:
- Прецизионный двухполупериодный выпрямитель;
- Пороговый элемент управления с интегратором;
- P-канальный полевой транзистор в качестве управляющего элемента аттенюатора (VT1) должен выбираться с высоким напряжением отсечки (VGS_OFF);
- Предварительная установка рабочей точки управляющего транзистора аттенюатора (VT1);
- Введение в регулирующий элемент аттенюатора отрицательной обратной связи, минимизирующей нелинейные искажения.
Впервые это устройство использовалось автором в качестве ограничителя модуляции в одном из его персональных проектов. Здесь было необходимо обеспечить условие, чтобы амплитуда сигнала (в любой промежуток времени и любой полярности) не превысила строго заданный уровень. Это требование должно было выполняться в широком динамическом диапазоне входных сигналов, при низком уровне общих гармонических искажений и без заметного искажения артикуляции. Таким образом, использование известных схем ограничения было невозможным. Автором было проверено много технических решений, в результате чего выяснилось, что проект, представленный на Рисунке 1 – наилучший.
Это же решение автор использовал в составе музыкальной системы в качестве автоматического микшера ди-джея. В этом варианте на вход устройства через сумматор подавались два сигнала (музыка и голос), но их общий уровень автоматически поддерживался постоянным. Так, уровень музыкального сигнала без ручного микширования автоматически уменьшался, как только ди-джей начинал говорить, и плавно возвращался на заданный прежний уровень, если ди-джей замолкал. При этом отсутствовала перегрузка усилителей и акустических систем. Эта же идея использовалась и в качестве базы для прецизионного генератора синусоидальных сигналов на основе моста Вина. Результаты использования такого решения были превосходны и превзошли все ожидания.
Примечание редакции
Значение сопротивления канала в открытом состоянии RDS_ON для маломощных полевых транзисторов не всегда приводится в спецификациях, но его легко вычислить через крутизну (S) транзистора, так RDS_ON = 1/S. Кстати, в схеме можно использовать отечественный полевой транзистор КП103М1: S = (1.3…4.4) мА/В, VGS_OFF = (2.8…7) В.
Если максимальная амплитуда выходного сигнала должна быть меньше указанного в статье значения 0.68 В, то следует изменить коэффициент усиления в двухполупериодном выпрямителе. Необходимое усиление устанавливается увеличением номиналов резисторов R11 и R3 относительно номиналов остальных резисторов выпрямителя. Для правильной работы выпрямителя не забывайте соблюдать соотношения номиналов резисторов R11 = R3, R5 = R1 = R2. При этом коэффициент усиления выпрямителя рассчитывается как KU = R3/R5.
Бывает собеседник нас плохо слышит. Например, при разговоре по компьютеру в skyp или интернет играх. Достаточно частой причиной этого является некачественный микрофон в гарнитуре. Для того чтобы устранить данный недостаток предлагаю собрать простой микрофонный усилитель с автоматической регулировкой усиления (АРУ). Данный усилитель наврятли подойдет для студийной записи, но для переговорного устройства, или в паре с радиопередатчиком это отличный вариант.
Технические характеристики усилителя
Размеры печатной платы всего 47х28 мм.
Напряжение питания от 3 до 9 В, рекомендуемое 6В.
Потребляемый ток от 0,7 до 0,33 мА, в зависимости от используемого микрофона.
Рабочая температура от -60 до +85 градусов.
Принцип работы.
Резисторы R2, R3 представляют делитель. Транзистор VT1 выполняет функцию сопротивления, регулируемого напряжением. Сигнал проходя через делитель попадает на вход операционного усилителя DA1, микросхема его усиливает. Транзистор VT2 выполняет функцию детектора, то есть импульсы с него заряжают конденсатор С5 и подаются на транзистор VT1. Чем больше величина этих импульсов, тем больше сопротивление делителя. В результате этого при резком изменении амплитуды входного сигнала, на выходе микросхемы сигнал изменится не значительно максимум до 20%.
Наладка и сборка устройства
Устройство монтируется на одностороннем стеклотекстолите размерами 47х28 мм. Конденсаторы и резисторы можно использовать любые, подходяще по номиналу и габаритам.
Наладка устройства сводится к регулировке уровня АРУ с помощью подстрочного резистора R9, и инерционности АРУ с помощью подбора конденсатора С5 и резистора R10.
На этом все. Если у Вас есть замечания или предложения по данной статье, прошу написать администратору сайта.
Автоматическая регулировка усиления (АРУ) - самая древняя из всех автоматических регулировок в БРТА. Она появилась одновременно с изобретением супергетеродинного метода приема и применялась уже в первых промышленных приемниках этого типа. Правда, на первых порах она называлась несколько иначе - автоматическая регулировка громкости (АРГ), что вполне отражало потребительскую сущность этой системы.
Дело в том, что величины сигналов, наведенных в приемной антенне от различных передающих станций, могут отличаться друг от друга в тысячи и десятки тысяч раз. И теоретически при отсутствии системы АРГ во столько же раз должен меняться и уровень громкости на выходе приемника. На самом деле это, конечно же, невозможно; если при приеме сигнала маломощной удаленной станции с напряженностью поля в точке приема в 10 мкВ радиопередача все же слышна, хоть и тихо, то при приёме мощной местной станции, создающей напряженность поля, скажем, в 1 мВ, низкочастотный сигнал на выходе приемника должен возрасти в 100 раз (это по напряжению!) или в 10 000, раз (. ) по мощности.
Естественно, этого не происходит, а про исходит другое: сигнал мощной местной станции принимается таким приемникам с совершенно недопустимыми нелинейными искажениями.
До появления систем АРГ с этим боролись с помощью ручного регулятора громкости, пользоваться которым приводилось непрерывно при перестройке с одной станции на другую.
Идея автоматической регулировки состояла в том, чтобы поручить самому приемнику определять уровень принимаемого сигнала и в соответствии с этим либо уменьшать, либо увеличивать чувствительность приемника. А поскольку чувствительность любого приемника, как известно, напрямую зависит от общего коэффициента усиления всего тракта, то система АРГ должна была превратиться в систему АРУ, т.е. систему, автоматически регулирующую коэффициент усиления приемника при приеме станций с разным уровнем сигнала.
При поверхностном подходе к решению проблемы наиболее правильным казалось осуществлять такую регулировку в УЗЧ, поскольку регулировать предполагалось именно громкость звучания. Однако такая регулировка неизбежно привела бы к резкому уменьшению динамического диапазона, что исказило бы воспроизводимый звук не меньше, чем нелинейные искажения.
Окончательное решение свелось к введению АРУ в тракты промежуточной и высокой частот, поскольку любое изменение уровня модулированного сигнала не меняет динамический диапазон модулирующего сигнала.
Рис.2.24. Кланг-регистр;а - блок плавных регуляторов тембра; 6 - схемы фиксированных регуляторов;
в - полная схема кланг-регистра
Оставалось выбрать форму управляющего сигнала. Таким самый удобным сигналом оказалась постоянная составляющая на выходе детектора, поскольку ее величина была прямо пропорциональна амплитуде несущей модулированного сигнала, а полярность можно было выбрать любой, изменяя полярность включения детекторного диода, благо это никак не отражалось на процессе детектирования.
Значит, изменяя в определенных пределах величину этого постоянного напряжения, можно в соответствующих пределах изменять крутизну характеристики транзистора и, следовательно, коэффициент усиления каскада, а значит и приемника в целом.
Остальное оказалось делом техники и в результате появилась первая практическая схема АРУ которая оказалась никуда не годной. Она, правда, эффективно регулировала усиление приемника, но при этом с одинаковым удовольствием уменьшала громкости как самых мощных местных станций, так и любых другие в том числе и тех маломощных удаленных, сигналы которых и без того были едва слышны.
Потребовалось объяснить схеме, что уменьшать усиление надо избирательно - при приеме только тех станций, сигнал которых превышает некоторый определенный уровень. Это оказалось не так уж и сложно: для этого понадобилось всего лишь включить последовательно в цепь АРУ вспомогательный источник постоянного напряжения противоположной полярности. И до тех пор, пока постоянная составляющая от продетектированного сигнала оставалась меньше напряжения вспомогательного источника, система АРУ не работала, а начинала работать только тогда, когда управляющее напряжение АРУ превышало напряжение задержки.
Однако со временем выяснилось, что ее эффективность не всегда, оказывается достаточной и в ряде случаев не обеспечивает нужного уменьшений усиления при приеме самых мощных станций. Тогда возникла идея предварительно усилить управляющий сигнал АРУ с помощью усилителя постоянного тока (УПТ) на дополнительном транзисторе, в результате чего появилась схема усиленной АРУ с задержкой (рис. 2.25, б). Низкочастотная составляющая продетектированного сигнала через фильтр-делитель R7R9С4 и разделительный конденсатор С2 поступает на УЗЧ, а постоянная составляющая усиливается транзистором VТ6 и подводится к базе транзистора VТ4 (УПЧ) непосредственно и к базе транзистора VT1 (УВЧ) через дополнительную фильтрующую цепь R3С1. Схема обеспечивает изменение выходного сигналя но более чем в два раза (на 6 дБ) при изменении напряжения на входе приемника от 40 до 4000 мкВ (на 40 дБ).
Схема работает следующим образом, При отсутствии сигнала транзистор VТ4 (УПТ) закрыт. При появлении сигнала транзистор открывается и через резистор R8 начинает протекать дополнительный ток транзистора УПТ. Поскольку потенциал базы транзистора не меняется (он определяется только напряжением батареи GВ1), дополнительное падение напряжения в цепи эмиттера транзистора УПТ приводит к уменьшению тока через транзистор и, следовательно, к уменьшению усиления.
При изменении этого тока от 0,5 мА до нуля усиление первого каскада УПЧ изменяется в 30. 40 раз. Значительная часть тока транзистора УПТ ответвляется в цепь эмиттера транзистора VТ1 (УВЧ) через диод задержки VD1, осуществляя АРУ и в этом каскадt. Глубина регулировки в этом каскаде - 50 раз по напряжению.
Рис. 2.25. Схемы АРУ в вещательных приемниках:
в - двухкаскадная задержанная АРУ с УПТ в профессиональном промышленном приемнике КРУ
Можно было бы привести еще немало других схем АРУ (например АРУ с регулировкой вперед и назад, ключевую АРУ и др.), однако и приведенной информации вполне достаточно, чтобы вы получили необходимые представления о принципах работы и схемотехнике систем АРУ.
но и преобразуют его Этот эффект основан на том, что переход база-эмиттер транзистор имеет нелинейную вольт-амперную характеристику Если к транзистору подключить два генератора с близкими частотами, то на выходе будут получены сигналы с частотой равной сумме и разности частот генераторов При этом закон изменения частоты сохраняется
Гетеродин – это перестраиваемый в такт изменения частоты входного колебательного контура генератор Частота его определяется так, чтобы разностная частота оказалась равной промежуточной частоте гетеродинного радиоприёмника Эта промежуточная частота выделяется контуром L3C4
АРУ удобно применять не только в телевизорах, но и в усилителях низкой частоты, когда нас интересует информация Так при записи речи на диктофон АРУ позволяет не заботиться о том, чтобы микрофон располагался в одном месте Можно перемещаться по комнате, записывая информацию А автоматическая регулировка усиления позаботится о том, чтобы запись была сделана с одинаковой громкостью, что гарантирует её разборчивость
Рис 926 АРУ в усилителе низкой частоты
Эта схема интересна ещё и тем, что в ней используется один источник питания Конечно, использование двухполярного питания для операционных усилителей предпочтительней, но это не всегда это удобно Полевой транзистор играет роль резистора, управляемого напряжением, пропорциональным выходному напряжению Управляемый резистор (сопротивление канала транзистора) и резистор R5 определяют коэффициент усиления операционного усилителя U1
У операционного усилителя два входа, прямой и инверсный В чём разница, вы можете посмотреть в любой из программ симуляции, сравнив, как мы это сделали для транзистора, выходное и входное напряжение
Не все приведённые выше схемы будут понятны с первого взгляда Но, даже если они не будут понятны со второго взгляда, это не должно стать предметом беспокойства Нужно время, во- первых, и нужен интерес к конкретной области, к конкретным схемам, во-вторых, чтобы во всём разобраться Приводя эти схемы, я хотел, в основном, показать, что основные элементы любой схемы нам уже знакомы
Перерисовывая узлы схемы к привычному для нас виду, мы уже, пусть и не бегло, можем читать электрические схемы
Так, АРУ в усилителе низкой частоты, как вам уже понятно, это тоже обратная связь плюс делитель напряжения Но и с этими понятиями мы знакомы
Может быть, мы узнали уже всё
Источник: Гололобов ВН,- Самоучитель игры на паяльнике (Об электронике для школьников и не только), – Москва 2012
Читайте также: