Устройство с временной автоматической регулировкой усиления

 

Использование, радиотехника радиолокации . Сущность изобретения: устройство временной регулировки усиления содержит входной повторитель напряжения, резистивно-емкостную цепь, управляемый делитель напряжения и усилитель. Устройство обеспечивает повышение быстродействия при переходе с одного закона управления на другой, 2 з.п. ф-лы, 3 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Н 03 G 3/20

ГОСУДАРCTBEHHblй КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4750919/09 (22) 17.10,89 (46) 30.11.92, Бюл, М 44 (71) Научно-исследовательский институт

"Полюс" (72) В,А.Афанасьев, B.À.Ðÿaçíîâ, А.Е.Сафутин и Е.M,Òêà÷åíêo (56) Патент США N 2991468, кл, 343-17.1, 1961, Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в устройствах приема оптического излучения в системах оптической локации, в усилителях, в радиолокации, сигнализации, связи.

Известно устройство с автоматической регулировкой усиления на основе двухканального фотоприемника, которым осуществляется временное регулирование коэффициента усиления.

В двухканальном фотоприемнике прием светового излучения осуществляется с помощью фотоэлектрического умножителя, причем управление чувствительностью фотоприемника действует благодаря поступлению импульсов напряжения, имеющих определенную, заранее заданную форму фронта, на диноды фотоумножителя, Недостатки устройства состоят в следующем. Для управления чувствительностью требуется значительная величина амплитуды импульсов напряжения, которая определена особенностью устройства фотоумножителя. Кроме этого, диапазон изSU „„1778908 А1 (54) УСТРОЙСТВО С АВТОМАТИЧЕСКОЙ

РЕГУЛИРОВКОЙ УСИЛЕНИЯ (57) Использование: радиотехника радиолокации, Сущность изобретения: устройство временной регулировки усиления содержит входной повторитель напряжения, резистивно-емкостную цепь, управляемый делитель напряжения и усилитель, Устройство обеспечивает повышение быстродействия при переходе с одного закона управления на другой, 2 з.п. ф-лы, 3 ил, менения чувствительности ограничен возможностями фотоумножителя, и формирование сложной формы фронта управляющего импульса представляет собой существенные технические трудности.

Известен также усилитель с автоматической регулировкой усиления, используемый для оптической связи, который содержит светоприемный элемент в виде фотодиода, резистор нагрузки фотодиода, усилитель- 4 ные каскады, детектор и обратную связь, ОО благодаря. которой сигнал с детектора воз- О действует на усилитель и на источник напря- ( жения, питающий фотодиод (ФД), Оф

Однако известный усилитель с автоматической регулировкой усиления имеет замкнутую систему автоматического регулирования, не позволяющую изменять величину коэффициента усиления извне с помощью электрических сигналов в течение определенного интервала времени. Усилитель не позволяет осуществить временную автоматическую регулировку усиления с переменным диапазоном изменения козффи1778908

40

55 циента усиления и с переменной величиной времени действия ВАРУ.

Наиболее близким по технической сущности является устройство с автоматической регулировкой усиления, содержащее усилитель, имеющий разделительный конденсатор во входной цепи, а также содер>кащее формирователь управляющего напря>кения смещения, включающий резистивно-емкостную цепь и управляемый делитель напряжения, подключенный к входу усилителя. Известное устройство предназначено для управления чувствительностью рада р н ых систем.

Усилитель построен на радиолампах, чувствительность которо<-о управляется напряжением смещения, подаваемым в сеточную цепь радиолампы, Формирование управляющего напря>кения происходит за счет специального ключевого каскада, построенного также на радиолампе. Экспоненциальная кривая зависимости от времени формируется в ключевом каскаде благодаря исг1ольэованию формирующего резис ивно-емкостного звена в анодной цепи ключевой радиолампы. Изменение постоянной времени проводится за счет ручной регулировки сопротивления переменного резистора. Кромеэтого, диапазон изменения усиления регулируют за счет изменения постоянного напряжения, осуществляемого способом изменения положения движка потенциометра.

В известном устройстве регулировка усиления осуществляется s нескольких каскадах усиления. причем каждый каскаqycuления, выполненный на пентоде, имеет возможность управления коэффициентом усиления за счет подачи двух изменяющихся компонент смещения, подаваемых в сеточную цепь радиолампы. Одна компонента представляет собой регулируемое смещение по постоянному току, а другая компонента представляет собой импульсное изменение смещения, также поступающее в сеточную цепь радиолампы усилителя, Формирование смещения осуществляется ключевым каскадом, также построенным на триодной радиолампе. Запирание лампы ключевого каскада происходит во время поступления в сеточную цепь лам® стробирующего импульса, В результате действия стробирующего импульса усиление усилителя постепенно возрастает по экспоненциальному закону. Диапазон изменения усиления и скорость изменения усиления регулируются вручную за счет изменения

llotlo>K8HNA движков двух потенциометров, причем один из потенциометров относится к регулировке диапазона изменения усиления, а другой — к регулировке скорости изменения усиления. Ручная регулировка двух важнейших параметров схемы представляет собой значительный недостаток устройства, так как быстрая перестройка устройства в связи с изменением эксплуатационных условий работы невозможна, Целью изобретения является повышение быстродействия при переходе с одного закона управления устройства на другой, Цель достигается тем, что в устройство с автоматической регулировкой усиления, содержащее усилитель, имеющий разделительный конденсатор во входной цепи, а также содержащее формирователь управляющего напряжения смещения, включающий резистивно-емкостную цепь и управляемый делитель напряжения, введен входной повторитель напряжения, выход которого подключен к входной цепи усилителя через имеющийся разделительный конденсатор, выход управляемого делителя напряжения подключен к входу усилителя, при этом одно плечо управляемого деЛителя напряжения выполнено в виде дискретно управляемого резистора, другое плечо является также резистором цепи разряда резистивно-емкостной цепи, а разделительный конденсатор одновременно является конденсатором резистивно-емкостной цепи.

Кроме этого, предлагаемое устройство отличается тем, что дискретно упрaâëÿåìûé резистор выполнен в виде параллельно соединенных цепей, каждая из которых содержит транзистор с первым резистором в коллекторной цепи, второй резистор. включенный параллельно эмиттерному переходу транзистора, третий резистор, один вывод которого подключен к базе транзистора, а другой вывод является входом управляющеro сигнала. Кроме того, устройство отличается тем, что s каждой из параллельно соединенных цепей дополнительно включен конденсатор параллельно второму резистору.

Для пояснения изобре1ения на фиг. 1,2 изображены блок-схемы устройства с автоматической регулировкой усиления, варианты 1 и 2, состоят иэ следующих блоков:

1 — входного повторителя напряжения (ВПН), 2 — резистивно-ем костной це и и (Р Е Ц), включающей разделительный конденсатор

С и резистор R, Зг..> — одного или нескольких управляемых делителей напряжения (УДН) 4 — ус илител ь.

Выход ВПН1 соединен с входом усилителя 4 через разделительный конденсатор

С. Каждый УДН 3 и РЕЦ2 образуют соответ1778908 ствующий формирователь управляющего напряжения смещения (ФУНС). Одно плечо каждого УДН 3 содержит один и тот же резистор R РЕЦ 2. Другое плечо каждого

УДН 3 включает транзистор Т, эмиттер ко- 5 торого подключен к шине питания 5, а коллектор соединен через резистор R с разделительной емкостью С и резонатором

R РЕЦ 2. База и эмиттер транзистора VT соединены через резистор Rz в вариантах 1 10 и 2 (см, фиг.1,2), а в варианте 2 (см, фиг.2) к резистору Rp, параллельно подсоединена емкость С>. База транзистора VT через резистор Кз подсоединена к шине управления

6, 15

На фиг. 3 представлена временная диаграмма работы устройства с двумя формирователями управляющего напряжения смещения (ФУНС). При этом показаны на а) — временная диаграмма управляю- 20 щих импульсов, поступающих на шину управления при следующих обозначениях: уровень напряжения импульса в шине управления U1, U2 — положительный уровень вдвое меньшей величины напряжения 25 импульса в шине управления, Ц,> — минимальный уровень напряжения в шине управления.

A U> — величина перепада напряжения импульса в шине управления от уровня U> 30 до уровня 0;

A U2 — величина перепада напряжения импульса в шине управления от уровня U< до уровня 02;

AT> — величина длительности импульса 35 управления, т.е, перепада напря>кения от уровня U> до уровня О>.

ATz — величина длительности импульса управления, т.е. перепада напряжения от уровня 01 до уровня 02; 40 т1 — момент времени окончания импульса управления длительностью АТ1;

7Q — момент времени окончания импульса управления длительностью АТ2;

6) зависимость коэффициента усиления от времени в соответствии с управляющими импульсами при следующих обозначениях:

K> — максимальная величина коэффициента усиления устройства;

Кг — уменьшенная величина коэффициента усиления устройства;

Ко — минимальная величина коэффициента усиления устройства;

Aц — время изменения коэффициента усиления от величины К„до величины К1;

Л12 — время изменения коэффициента усиления от величины Kz до величины К1.

Пример реализации устройства.

1. В качестве первого примера предлагаетсл устройство с автомати вской регулировкой усиления первого варианта (см. фиг.1 и описание к нему).

Устройство работает следующим образом. При поступлении импульса управления (см. фиг.За) на устройство по шине управления (см. фиг.1,2) открывается транзистор VT и на резистор R величиной 0,82 кОм и конденсатор С поступает импульс тока, создавая на резисторе R падение напряжения, величина которого будет определяться соотношением величины сопротивления резисторов R>, величина которого составляет 3 3 кОм, и R. Импульс тока будет заряжать разделительный конденсатор С, причем ток заряда конденсатора будет проходить через малое выходное сопротивление входного повторителя напря>кения. Причем импульс напряжения на резисторе R поступает на вход усилителя 4, уменьшая величину его коэффициента усиления до минимальной величины К> да>ке меньшей единицы (см.фиг.36). После окончания импульса управления будет происходить разряд разделительного конденсатора С на резистор R u на выходное сопротивление усилителя 4 через малое выход lое сопротивление входного повторителя напряжения. Бремя разряда будет определяться величиной сопротивления резистора R и величиной емкости разделительного конденсатора С.

По мере разряда конденсатора С будет уменьшаться напряжение на входе усилителя 4 и соответственно оудат увсличигатьсл коэффициент усиления усилителя 4 по экспоненциальному закону, постепенно выводя устройство к режиму максимальной чувствительности, когда коэффициент усиления достигает величины К>.

В случае испольЗования нескольких параллельно соединенных цепей УДН 3 (согласно п.2 формулы изобретения). 8 которых величина сопротивления резистора R> в коллекторной цепи транзистора VT будет различной, величина начального падения напряжения на резисторе R в зависимости от количества включенных параллельных цепей будет различной, благодаря чему бу.дет изменяться диапазон регулировки коэффициента усиления усилителя 4. В случае использования параллельно включенных цепей с различным уровнем включения и благодаря различной амплитуде импульса управления, поступающего по шине управления б, будет происходить включение различного количества параллельных цепей или различных параллельных цепей, у которых величины сопротивлений резисторов R-, 1778908 в конлекторной цепи транзистора ЧТ могут значительно различаться.

Благодаря предло>кеннай схеме устрайс вэ, в которой изменение коэффициента усиления осуществляется импульсными сигналалiv, поступэ ощими на шину управления, не требуется ручная регулировка режима работы устройства и, следовательно, павы:.дается быстродействие устройства при переходе с одного закона управления нэ дру ой. указанное преимущество следует из выбранного принципа управления изменением коэффициента усиления, осуществляемого внешним управляющим сигналом, не зависящим от сигнала, поступающего на вход усилителя данного устройства, что обеспечивает увеличение бb! ñòðc.äåéñTвия уi-.Tðîéñòâà.

Кроме этого, благодаря дополнительному включению конденсатора С параллельно второму резистору (например, параллельно

Вр осуществляется задержка включения транзистора, причем величина задержки включения относительно времени поступления импульса управления в шину управления б может быть различной в зависимости оч величины емкости конденсатора С1 и величины сопротивления резистора R2, включенно о параллельно конденсатору С1 (см, фиг.3). Благодаря осуществляемой задер>кке формирование закона управления в виде зависимости падения напряжения на резисторе R ат времени проявляется не только как изменение амплитуды импульса на резисторе R, но и в виде сложной зависимости коэффициента усиления от времени. Таким образом при увеличенном быстродействии устраиства различное время задержки устанавливаемое в параллельных цепях, открывает допîfl H èтел ьную возможность формирования сложной функции — закона управления коэффициентом усиления устройства.

В предложенном примере устройства с временной регулировкой усиления блок 1 представляет собой эмиттерный повторитель, выход которого подключен к одной обкладке переходного конденсатора С, а другая обкладка — к входу усилителя 4 и к резистору R, а также к четырем параллельным цепям, в состав которых входит транзистор VT проводимостью р-и-р с первым резистором R> в коллекторной цепи, второй резистор Rp, включенный параллельно эмиттерному переходу транзистора, третий резистор Йз, один вывод которого подключен к базе транзистора VT, а другой вывод является входом управляющего сигнала.

Входы для управляющего сигнала у четырех параллельных цепей обьединены на одной

55 шине управления. Эмиттеры транзисторов объединены на одной шине питания, на которую подается постоянное напряжение питания положительной полярности, например, величиной б,З В.

При поступлении импульса управления в шину управления отрицательной полярности относительно положительного уровня параллельная цепи, построенная на основе транзистора, перейдет в режим работы, соответствующий открытому транзистору, если амплитуда импульса будет достаточная для открытия эмиттерного перехода транзистора VT. Величина порога открывания транзистора VT в параллельной цепи, т.е, величина амплитуды импульса, при которой транзистор VT переходит в открытое состояние, будет определяться соотношением величин сопротивлении резисторов Rz и Вз базовой цепи транзистора ЧТ. При малой величине сопротивления резистора R, составляющей 1,2 кОм, и большой величине сопротивления резистора Рз, составляющей

2,7 к0м, уровень открытия или включения транзистора VT будет значительным, так как коэффициент деления базового делителя, составленного из резисторов Rz и Кз, будет равен 4, для того, чтобы амплитуда импульса на резисторе Rz превышала примерно 0,7 В, амплитуда импульса, поступившего нэ резистор Кз с шины управления, должна составлять величину не менее 2,8 В.

Используя несколько параллельных цепей с различными соотношениями резисторов R2, Вз, например, хотя бы две параллельные цепи с уровнем включения, отличающимся в два раза, получаем устройство с переменным диапазоном изменения коэффициента усиления. Так, при большой величине управляющего импульса (см,фиг.За, время импульса ЛТ1) в обеих параллельных цепях транзисторы VT находятся во включенном состоянии, и на резисторе

R формируется амплитуда импульса максимальной величины, Так, амплитуда импульса напря>кения на резисторе R и ток заряда конденсатора С будут значительной величины, и, следовательно, коэффициент усиления усилителя 4 изменяется в большем диапазоне.

В случае поступления импульса управления значительно меньшей величины (см, фиг.За, время импульса ЛТ ), при которой открывается транзистор VT только в одной параллельной цепи, у которой коэффициент деления напряжения в базовой цепи меньше, например, в 2 раза, величина амплитуды импульса на резисторе R и ток заряда конденсатора С будут значительно меньшей ве1778908

10 личины, и диапазон изменения коэффициента усиления значительно уменьшается, Таким образом, только за счет изменения амплитуды управляющего импульса осуществляется переход с одного диапазона изменения коэффициента усиления на другой.

При этом время перехода с одного диапазона на другой составляет десятки микросекунд.

На графике фиг,За показана кривая импульса управления, поступающего в шину управления с переходом напряжения относительно постоянного положительного уровня от уровня U< до уровня 1 О и на графике Зб) изображена кривая изменения коэффициента усиления, которое происходит в соответствии с импульсами управления, изображенными на графике За).

Как видно на графике, изображенном на фиг.Зб, процесс разряда конденсатора С начинается в момент времени т, совпадающий с моментом окончания импульса управления. В момент окончания импульса управления совершается обратный перепад напря>кения от низкого уровня Up до высокого уровня U>. На графике, приведенном на фиг.Зб, показано постепенное увеличение коэффициента усиления до исходной величины К>.

Наличие импульса управления с уменьшенной амплитудой AUg. вдвое меньшей, чем у предыдущего импульса управления

А U>, коэффициент усиления уменьшается от величиньI К до К, т.е, уменьшение коэффициента усиления примерно вдвое меньше, чем в интервале времени АТ<. Аналогичным образом после окончания импульса управления АТ2 коэффициент усиления постепенно увеличивается от величины Кр до величины К в течение времени Атр.

Данное описание иллюстрирует работу двух параллельных цепей, причем интервал времени АТ соответствует включению только одной параллельной цепи, а интервал времени АТ> соответствует включению обоих параллельных цепей и АТ< и ЛТг изменяется в пределах 5-150 мкс.

2. Вторым примером предлагается устройство с автоматической регулировкой усиления по второму варианту (см. фиг.2 и описание к ней), в котором для формирования зависимости изMåíåíèë коэффициента усиления устройства от времени в каждую параллельную цепь введены конденсаторы

С одинаковой величины 1000 пФ соответственно, параллельно резисторам R2 (1 кОм). Конденсаторы позволяют осуществить задержку включения транзисторов в параллельных цепях.

В зависимости от величины емкости конденсатора момент включения транзисторов задерживается на некоторое время. что позволяет сформировать сложную зависимость изменения коэффициента изменения от времени, в нашем случае, ступенчатого характера. Достигается задержка включения на 2,2 мкс.

Экспериментальные исследования предложенного устройства с автоматической регулировкой усиления в составе фотоприемного устройства показали высокое быстродействие при переходе с одного вида зависймости коэффициента усиления от времени на другую зависимость. Время перехода составляет самое большое десятки микросекунд.

Благодаря изменениям коэффициента усиления данного устройства чувствительность фотоприемного устройства к световым сигналам также претерпевает изменения, причем, благодаря автоматической регулировке усиления в зависимости от амплитуды управляющих импульсов в шине управления изменяется диапазон регулировки чувствительности фотоприемного устройства. Кроме этого, осуществляется необходимая задер>кка включения ФУНС на заданное время.

Формула изобретения t. Усгройство с временной автоматической регулировкой усиления, содержащее усилитель с разделительным конденсатором на входе и формирователь управляющего напря>кения смещения, включающий резистивно-емкостную цепь и управляемый делитель напряжения, о т л и ч à Iî щ е ес я тем, что, с целью повышения быстродействия при переходе с одного закона управления на другой, в него введен входной повторитель напряжения, выход которого подключен к другому выводу разделительного конденсатора, выход управляемого делителя напряжения подключен к входу усилителя, при этом одно плечо управляемого делителя напряжения, выполнено в виде дискретно управляемого резистора, другое плечо является одновременно резистором цепи разряда резистивно-емкостной цепи, а разделительный конденсатор одновременно является конденсатором резистивно-емкостной цепи.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что дискретно управляемый резистор выполнен в виде N параллельно соединенных цепей, каждая из которых содержит транзистор, с первым резистором в коллекторной цепи, второй резистор, включенный

1778908

12 nfnvmaauel

E<Ôèëûå!

Юине ения йУ ЪгЮ

Составитель В.Рязанов

Техред М.Моргентал Корректор M,Ìàêcèìèøèíeö

Редактор

Заказ 4201 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101 параллельно эмиттерному переходу транзистора, и третий резистор, один вывод которого подключен к базе транзистора, а другой вывод является входом управляющего сигнала.

3, Устройство по п.2, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что в каждой из N параллельно соединенных цепей параллельно второму резистору включен дополнительный кон5 денсатор.