Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 [31] 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82


Рис. 5.1.

уровня. Поясним это На примере радиоприемника импульсных сигналов. Если на входе приемника вместе с сигналом действует радиопомеха (например, несущая, модулированная шумом), то в результате их взаимодействия огибающая результирующего сигнала будет флуктуировать (вследствие того, что разность фаз несущих помех и радиоимпульсов случайна). Для неперегруженного приемника результирующая амплитуда выходного сигнала во время действия сигнальных импульсов будет изменяться, что делает возможным фиксацию сигнала на фоне шума (кривые / на рис. 5.2). При большой интенсивности помехи, когда наступает перегрузка, эти изменения отсутствуют, сигнал «срезается» (прямая 2 на рис. 5.2). При действии помехи, интенсивность которой резко изменяется, могут наблюдаться перегрузки в течение некоторого промежутка времени, после которого приемник благодаря действию системы АРУ вновь становится способным воспроизводить огибающую входного сигнала. Такую перегрузку можно назвать временной.

Для защиты приемника от перегрузки наряду с обычными системами АРУ применяются логарифмические усили-


Рис. 5.2.

тели, а также системы АРУ, в которых предусмотрены специальные меры для ослабления или исключения перегрузки.

В некоторых типах радиотехнических устройств использование логарифмических усилителей (ЛУ) обусловлено принципом действия этих устройств. Примером могут служить автоматические системы сопровождения по направлению моноимпульсного типа, широко описанные в литературе [101, 134].

1. Логарифмические усилители

Логарифмические усилители (ЛУ) сигналов промежуточной частоты обладают весьма широким динамическим диапазоном. Начиная с некоторого (минимального) напряжения на входе, амплитуда выходного напряжения приблизительно пропорциональна логарифму относительного изменения интенсивности входного сигнала.

Амплитудная характеристика ЛУ при малых сигналах практически линейна (участок OL на рис. 5.3, а); далее следует логарифмический участок LM. Выходное напряжение такого ЛУ

к0 Ubx< Ubx. < вх 0>

Alogа+В, UBX>UBx0. (5ЛЛ)

Здесь UBX0 - входное напряжение, соответствующее переходу от линейного участка к логарифмическому; А и В - постоянные коэффициенты. Основание а логарифма выбирается заранее в зависимости от требуемых характеристик усилителя.




Для определения А и В предположим, что переход от линейного участка к логарифмическому осуществляется без скачка производной, т. е. в точке перехода L производная логарифмического участка совпадает с коэффициентом передачи к0 - с/выхо/с/вхо линейного участка. Это дает

I dUBblx \ / А 1 \ А к

\ <М*х IL \ Ь UB* JL bUBXU °

где Ъ = In а = l/logae, е - основание натуральных логарифмов.

Отсюда находим коэффициент А = b кй (/вхо. При UBX = i7BXn выполняется равенство

ВЫХО = В = овхо-

Поэтому для логарифмического участка получаем вы* = Коувхо(bloga-ss +1 \= к0(УВх 0blogaa1 >b х

\ вх о /

x-i = K0t/Bx0filogee-£H при (/„/(/„„> 1. (5.1.2)

*вхо вх о

При выборе натуральных логарифмов 6 = I и для такого ЛУ

\ Lbxo / Lbxo

= Выхо1п-. (5.1.3)

вх о

Выбор точки перехода L на логарифмический участок обычно производится так, чтобы [7вхи лежало ниже уровня собственных шумов на величину порядка 20 дБ. Следовательно, практически весь диапазон входных сигналов приходится на логарифмический участок, чем обеспечивается большой динамический диапазон по входу.

Коэффициент передачи ЛУ для любого основания логарифмов выражается формулой

вых ,, г; 1 вых о /с 1 л\

K»»- aVBX -«и-Г (5Л4)

и убывает обратно пропорционально амплитуде входного сигнала (рис. 5.3, б).

Динамическим диапазоном ЛУ по выходу называют величину

Овых=выхмакс/вых0 или Ц,ых 1дБ] = 20 lgDBm. (5.1.5)

Здесь с/выхмацс - максимальная величина выходного сигнала, при котором реальная амплитудная характеристика остается близкой к логарифмической. Динамический диапазон по входу

А,х = Un макс/с/вх 0; DBX [дБ] = 20 lg DBX. Ясно, что

£>Вых = Ь loga е Dвх.

Для получения большого динамического диапазона по входу стремятся выбирать логарифмы с малым основанием. Обычно требуемый динамический диапазон по входу (100 дБ и выше) можно реализовать, используя ЛУ, состоящие из нескольких каскадов.

При действии помехи в ЛУ происходит подавление помехой сигнала. При большом уровне помехи на входе (Упвх напряжение помехи на выходе ЛУ равно

ивх о

= ко вх О

В то же время амплитуда сигнала (приращение амплитуды выходного напряжения, обусловленное действием сигнала)

саых ~ Ас/вых = КЛу Uт с = (с/выхо/с/Пвх) тс

В последних соотношениях учтено, что £/пвх > Umc- Следовательно, отношение помеха/сигнал на выходе

вых чи j, Qg е вх

свых Ут. о U вх о

Поскольку UaBX > UBX(I, отношение помеха/сигнал на выходе всегда больше, чем на входе, и увеличивается с ростом помехи. Физически это объясняется тем, что коэффициент передачи по сигналу определяется помехой на входе и убывает с ростом уровня помехи,



Отметим особенности прохождения AM сигнала через ЛУ. Положим, что на вход приемника поступает AM сигнал с амплитудой несущей Umo и коэффициентом модуляции т. Амплитуда максимальных и минимальных значений выходного напряжения равна соответственно (считаем к0 = 1)

L вх о

= вых о logfl е

УтоО-т)

Размах напряжения на выходе

Авых = вых<>Ь log,

1+m 1-й

или при а = е

U

вых О

1-m *

а коэффициент модуляции

(5.1.6)

(5.1.7)

™вых = Двых/с/вых

Ob\ogae-L

-"••(тй)/1*

(5.1.8)

Отметим, что размах колебаний Дс7вых на выходе не зависит от амплитуды Um0 напряжения на входе, а определяется логарифмом отношения (1 + ш)/(1 - т). Если m < 0 5 то

(2-2,1) m £/

вх о-

(5.1.9)

Как следует из соотношения (5.1.8), при прохождении через ЛУ коэффициент модуляции уменьшается.

Анализ прохождения помех через ЛУ наталкивается на известные трудности, поскольку ЛУ - устройство нелинейное. В [100, 166] найдены дисперсия а1ых и математическое ожидание Ми огибающей напряжения на выходе ЛУ при условии, когда на его вход поступает узкополосный нормальный шум с дисперсией о2т (огибающая распределена по закону Релея) и равномерной фазой в пределах + п. Приб-192

i -* Огр1

Рис. 5.4


п \*\0грп

Суммирующее

устройство

лиженныи анализ приводит к следующим выражениям для указанных величин:

о1ых = - Ь2 к1 tVLo,"

b \oga 2o£-C

0,5bloga2<

(5.1.10) (5.1.11)

где С = 0,577 - постоянная Эйлера.

Отсюда видно, что в первом приближении дисперсия выходного напряжения определяется только характеристиками линейного участка и точкой L перехода линейного участка в логарифмический.

Независимость о\ых от дисперсии входного шума объясняется, по-видимому, сделанными допущениями относительно характера входного сигнала и идеализацией характеристики ЛУ. Для реальных усилителей зависимость о,,,, от Ощ существует, но выражена слабо. Анализируя (5.1.10), можно сделать вывод о том, что целесообразно точку морехода L выбирать как можно ниже, в частности ниже уровня внутреннего шума.

Математическое ожидание огибающей помехи на выходе растет практически пропорционально логарифму дисперсии шума на входе.

Имеется несколько способов реализации логарифмических усилителей [34-36, 92]. Наибольшее распростра-н пие нашел метод последовательного детектирования с последующим суммированием. ЛУ такого типа бывают с последовательно и параллельно включенными усилителями. Функциональная схема ЛУ с последовательным включением каскадов для импульсных сигналов изображена на рнс. 5.4. В схему входит п одинаковых усилительных кас- кадов 1, 2,..., п, столько же ограничителей Огр!, Огр2,..., .... Огр„ (с одинаковыми уровнями ограничения) и детек-

7 Зак. 583 193



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 [31] 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82



0.0054