Ару звука в телевизоре что это такое

Содержание

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.

Автоматическая регулировка усиления

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.

АРУ-автоматическая регулировка усиления.Как это работает и зачем нужна

Известно, что крутизна характеристики транзистора напрямую зависит от величины «смещения» рабочей точки и определяет коэффициент усиления каскада, А что такое «смещение в базе»? Это по существу величина постоянного напряжения — положительного или отрицательного в зависимости от типа проводимости транзистора.

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.

Это дополнение сделало систему АРУ вполне работоспособной, и в таком виде она верой и правдой служила во всех приемниках на протяжении многих лет. Схема такой «простой» АРУ с задержкой приведена на рис. 2.25, а.

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).

Со временем системы АРУ непрерывно совершенствовались, «обрастая» различными дополнениями. В качестве примера приведем высокоэффективную схему с дополнительным УПТ и отдельным детектором АРУ, примененную в свое время в промышленном профессиональном радиоприемнике КРУ (рис. 2.25, в) и позволившую при охватывании системой АРУ всего двух каскадов (УВЧ и УПЧ) обеспечить изменение сигнала на выходе на 6 дБ при изменении входного сигнала на 60дБ (в 1000 раз).

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.

Еще по теме: Сколько гарантия на телевизор Haier

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:

а — «простая» АРУ с задержкой; б — усиленная АРУ с задержкой и усилителем постоянного тока (УПТ);

в — двухкаскадная задержанная АРУ с УПТ в профессиональном промышленном приемнике КРУ

Эта схема особенно эффективна в коротковолновых приемниках, поскольку благодаря своему высокому быстродействию позволяет бороться с «федингом» — периодическими короткими замираниями приема.

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.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Источник: studopedia.ru

Система автоматической регулировки усиления (АРУ). Характеристики и общая блок схема системы АРУ. Разновидности систем АРУ

В радиолокационных станциях амплитуда отраженных сигналов на входе приемника зависит от расстояния до цели, ее геометрических размеров и отражающих свойств, а также от ракурса цели, т. е. ее положения относительно РЛС.

В приемниках связи -амплитуда входных сигналов часто изменяется по причине изменения условий прохождения радиоволн. Если же радиосвязь осуществляется с подвижным объектом (авиация), то изменение интенсивности принимаемых колебаний обуславливается еще изменением расстояния между приемником и передатчиком.

Если усиление приемника неизменно и таково, что обеспечивается нормальный прием слабых сигналов, то сильные сигналы будут усиливаться с большими амплитудными искажениями. Если коэффициент усиления приемника уменьшить (с целью ослабления нежелательных искажений сильных сигналов), то слабые сигналы не будут приняты.

Таким образом, радиоприемник с постоянным коэффициентом усиления не может обеспечить качественного приема сигналов, интенсивность которых изменяется в больших пределах.

Радиоприем считается нормальным, если полезные сигналы различного уровня создают на выходе приемника практически одинаковое напряжение. Его необходимая величина устанавливается при помощи ручной регулировки усиления (РРУ), а постоянство обеспечивается системой автоматической регулировки усиления (АРУ).

Так как основное усиление принимаемых сигналов происходит в усилителе промежуточной частоты, то АРУ чаще всего осуществляется в каскадах УПЧ.

2. Система автоматической регулировки усиления (АРУ)

АРУ- предназначена для поддержания уровня выходного сигнала приёмного устройства или усилителя вблизи некоторого номинального значения при изменении уровня входного сигнала. Автоматическое выполнение этой функции необходимо потому, что изменение уровня входного сигнала могут происходить хаотически и достаточно быстро, и ручная регулировка усиления (РРУ) оказывается невозможной. РРУ и задает тот уровень выходного сигнала, который должен поддерживаться системой АРУ. Уровень входного сигнала меняется на 60-100 дБ из-за:

· изменения расстояния между РПрУ и РПУ

· изменения условий распространение радиоволн

· перестройки приёмника на другую станцию

· флуктуации отражающей поверхности цели случайного изменения поляризации

Выходное напряжение не должно меняться более, чем на 1.6- 9,5 дБ чтобы не было перегрузок каскадов в тракте приёмного устройства и искажении информационной составляющей. При этом сама система АРУ не должна вызывать чрезмерных искажений огибающей сигнала или приводить к появлению паразитной AM.

В идеальном случае выходное напряжение приёмника должно оставаться неизменным после достижения некоторого значения Uвыхmin обеспечивающего нормальную работу оконечного прибора. Это значит, что коэффициент усиления должен изменяться по закону:

Для этого в состав системы АРУ должен входить АД и ФНЧ, для увеличения эффективности действия добавляют ещё и усилитель, (рис. 1 ).

Рисунок 1. Система АРУ

Реально системы АРУ соответствуют этому соотношению с большим или меньшим приближением, как это показано на рис 2.

Рисунок 2. Зависимость Uвых от Uвх

3. Характеристики и общая блок схема системы АРУ

Остановимся вкратце на основных характеристиках системы АРУ, необходимых для построения теории этой системы. К таким характеристикам относятся амплитудная характеристика цепи АРУ, амплитудная характеристика регулируемого усилителя при отсутствие и при наличии регулировки усиления, регулировочная характеристика.

Амплитудная характеристика цепи АРУ — это зависимость стационарного значения напряжения регулирования, подаваемого на сетки регулируемых ламп, от стационарной амплитуды выходного напряжения регулируемого усилителя:

Обычный вид этой зависимости при отсутствии и при наличии задержки АРУ представлен на рис. 3, а и б. При наличии задержки напряжение регулирования начинает отличаться от нуля лишь при превышении выходным напряжением уровня Uвых = Е3, изменяясь при дальнейшем изменении Uвых в пределах рабочего диапазона прак- тически по линейному закону. При правильном выборе параметров цепи АРУ нелинейность характеристики сказывается лишь за пределами рабочего диапазона. При отсутствия задержки характеристика линейна, начиная с Uвых = 0. Угол наклона характеристики к оси абсцисс определяется коэффициентом передачи (усилением) цепи обратной связи (Кобр): .

Рисунок 3. Амплитудная характеристика цепи АРУ.

а — без задержки; б — с задержкой

Обычный вид амплитудной характеристики регулируемого усилителя, определяющей зависимость амплитуды выходного напряжения (Uвых) от амплитуды входного напряжения (Uвх) при отсутствии автоматической регулировки уси- ления, представлен на рис. 4. Эту характеристику также можно считать линейной до определенного значения Uвых =Uогр ; при больших амплитудах сигнала начинает сказываться

Как работает автоматическая регулировка усиления

Привет, Хабр! Сегодня изучим автоматическую регулировку усиления, АРУ, на примере гитарного эффекта компрессора. Это прибор для сжатия не воздуха, а электрического сигнала. Из слабого сигнала он делает сильный, а из слишком сильного просто сильный.

Педаль на основе схемы культового DOD 280 я планирую не только собрать, но и немного усовершенствовать, добавив эффект тремоло (амплитудное вибрато). Дело в том, что и компрессор, и тремоло построены на основе усилителя с управляемым усилением. Для тремоло нужно добавить только генератор медленных колебаний (LFO, low frequency oscillator).

Автоматическая регулировка усиления используется повсеместно. К примеру, во всех устройствах связи. Или для улучшения сигнала электрогитары.

Чтобы звучание ноты дольше не угасало, это называется сустейном. Чтобы сильно и слабо сыгранные ноты звучали ровно. Это особенно пригодится при игре легато. И чтобы придать звучанию особую окраску, которую мы сегодня услышим, если прибор заработает.

Почему компрессор называется компрессором, сжимателем? Потому что он сжимает динамический диапазон сигнала. Бывает широкий диапазон от низкого к высокому, и бывает узкий вокруг определённого среднего уровня.

▍ Изучаем схему

Начнём с входного гнезда. Через него сигнал гитары попадает в компрессор. Ещё стержень джека замыкает цепь батарейки, чтобы она не разряжалась, когда джек не вставлен. А разъём питания, наоборот, размыкает цепь батареи, когда подключен внешний источник питания.

Резистор 1 мегаом на входе обеспечивает определённое входное сопротивление и препятствует накоплению статики. Далее сигнал гитары через конденсатор и резистор попадает в неинвертирующий вход операционного усилителя.

Конденсатор пропускает переменный ток, а от постоянного напряжения изолирует. Последовательный резистор 10 кОм защищает вход прибора на случай, если туда попадёт нежелательное напряжение.

А по постоянному току неинвертирующий вход операционного усилителя соединён через резистор 470 кОм с искусственной средней точкой.

Сверху справа схемы видим делитель напряжения, создающий эту искусственную среднюю точку. Это два одинаковых резистора 22 кОм, последовательно соединённых между + 9 вольтами питания и общим проводом 0 вольт.

Этот делитель делит 9 вольт пополам, выходит +4.5 вольта. По переменному току искусственная средняя точка соединена с общим проводом 0 В через электролитический конденсатор.

Зачем нужна искусственная средняя точка? Дело в том, что переменный ток, в том числе аудиосигнал, колеблется не от нуля до плюса, а от минуса до плюса. Поэтому нам нужно настроить усилитель таким образом, чтобы он мог усиливать как положительную, так и отрицательную полуволну.

Это делается путём положительного смещения всего сигнала в направлении плюса питания. И смещаем мы его на половину питающего напряжения. Это и есть искусственная средняя точка.

На изображении видно, что происходит с сигналом при слишком низком или слишком высоком смещении. В таком случае он обрезается плюсом или минусом питания усилителя, и получается искажение. В гитарной музыке они часто применяются, потому что добавляют интересные гармоники. Но в компрессоре таких искажений не должно быть.

▍ Операционный усилитель

Далее рассмотрим цепь инвертирующего входа операционного усилителя. Вообще, что это такое – операционный усилитель? Это очень распространённый тип аналоговых микросхем. Чтобы понять, как они работают и как их использовать в схемах, нужно запомнить только два правила.

Во-первых, операционный усилитель будет выдавать такое выходное напряжение, чтобы напряжения на двух его входах, неинвертирующем и инвертирующем, сравнялись. Предполагается, что выход соединён с инвертирующим входом через делитель напряжения. Что мы и видим на схеме.

Это называется отрицательная обратная связь. Она очень распространена в технике, не только электронной. И вообще, в жизни. Когда варим картофель в кастрюле, и вода кипит слишком сильно, мы уменьшаем нагрев. Когда она перестаёт кипеть, мы добавляем нагрев.

То есть действуем наоборот, добавляем то, чего недостаточно, и убираем то, чего избыток.

А если разорвать цепь обратной связи, операционный усилитель будет вести себя следующим образом. Когда напряжение на плюсовом входе выше напряжения на минусовом, он подаст на выход напряжение, близкое к плюсу питания. Это логическая единица.

И наоборот, если напряжение на плюсовом входе ниже напряжения на минусовом, на выходе усилителя будет напряжение, близкое к минусу питания. Логический ноль.

Такой режим работы операционного усилителя без отрицательной обратной связи называется режимом компаратора. То есть сравнителя. Потому что он сравнивает напряжение на двух входах.

Второе правило касательно операционного усилителя состоит в том, что через его входы не идёт ток. На самом деле ток идёт, но настолько крохотный, что его можно не учитывать. Иначе говоря, входное сопротивление операционного усилителя очень велико, почти бесконечно.

Возвращаемся к нашей схеме. Напряжение на плюсовом входе ОУ у нас 470 / (470 + 10) = 470/480 от входного, то есть почти единица.

Чтобы рассчитать напряжение на средней точке делителя, нужно разделить сопротивление нижнего плеча на сумму сопротивлений нижнего и верхнего. И умножить на входное напряжение. Потому что через верхнее и нижнее плечо идёт тот же ток.

Этот ток равен падению входящего напряжения на сумме сопротивлений плеч. А падение напряжения на нижнем плече равно этому току, помноженному на его сопротивление.

Теперь посмотрим на цепь инвертирующего входа. Его нижнее плечо это последовательно соединены переменный резистор регулятора сжатия, т.е. компрессии и сустейна, 500 кОм, конденсатор 50 нанофарад и постоянный резистор 22 килоома, чтобы нельзя было выкрутить сопротивление нижнего плеча до нуля. А верхнее плечо – это резистор 1 мегаом, параллельно с фоторезистором.

Фоторезистор – полупроводниковый прибор, сопротивление которого уменьшается, если на него попадает свет. Чем сильнее свет, тем меньше сопротивление.

То есть коэффициент усиления этой схемы можно регулировать двумя способами. Во-первых, крутя ручку переменного резистора. Чем меньше сопротивление нижнего плеча, а напряжение на нём почти равно напряжению на входе схемы, тем больше должен быть ток через него, а следовательно, через весь делитель. Ток поступает к делителю с выхода усилителя.

Еще по теме: Что такое s video в телевизоре

Поэтому при постоянном верхнем плече на выходе будет большее напряжение. Больший коэффициент усиления.

А чем меньше сопротивление верхнего плеча, то есть чем сильнее освещен фоторезистор, тем меньший ток нужен для достижения на входе минус напряжения, равного напряжению на входе плюс. То есть меньшее напряжение на выходе. Итак, освещая фоторезистор, мы сокращаем усиление.

Посмотрим на второй усилитель. Его положительный вход соединён со средней точкой 4.5 вольта. То есть и на отрицательном входе будет тоже 4.5 вольта. На первый взгляд, этот усилитель вообще не работает, потому что на его входах ничего не меняется.

Но на самом деле напряжение на инвертирующем входе удерживается на уровне четырёх с половиной вольта не само по себе, а благодаря тому, что усилитель через правый резистор, то есть верхнее плечо делителя, уравновешивает изменение напряжения на левой ножке левого резистора, нижнего плеча.

Здесь следует помнить две вещи:

Во-первых, вход этого узла схемы – это не вход операционного усилителя, а левая ножка левого резистора.
Во-вторых, из-за входов операционного усилителя ток не идёт. Ток делителя идёт между выходом и входом нашего схемотехнического узла, который называется инвертирующий усилитель.

Ток через первый резистор равен падению напряжения на нём, разделённом на его сопротивление. Ток через второй резистор тоже.

Сопротивления резисторов равны, а ток протекает по ним один и тот же. Поэтому падения напряжения на них одинаковы. В обоих нарисованных на схеме случаях полвольта. Только на левой картинке входное напряжение выше средней точки, и ток делителя идёт от входа к выходу. А на правой наоборот.

Выходит, что этот усилитель переворачивает напряжение относительно средней точки. То есть, из отрицательной полуволны делает положительную, с таким же напряжением.

Далее прямой и перевёрнутый сигналы идут через одинаковые конденсаторы на одинаковые транзисторные каскады с общим эмиттером. Положительная полуволна открывает правый транзистор, а опрокинутая отрицательная — левый.

Коллекторы транзисторов соединены вместе, и их общая нагрузка – это светодиод, освещающий фоторезистор. Светодиод включен через резистор 4.7 кОм, ограничивающий его ток.

Что выходит в итоге? Чем сильнее мгновенный уровень выходного сигнала левого усилителя отличается от средней точки 4.5 вольта, тем сильнее светодиод светит, уменьшает усиление, и тем самым в любой момент мешает левому усилителю.

Для чего это делать? Схема кажется бессмысленной. Но мы не заметили ещё одной детали – электролитического конденсатора достаточно большой ёмкости — сорок семь микрофарад, подсоединённого параллельно транзисторам.

Когда транзисторы отпираются сильнее, ток светодиода растёт не мгновенно, потому что конденсатору нужно время, чтобы разрядиться через транзисторы. Также, когда транзисторы запираются, конденсатор определённое время заряжается до нового напряжения через резистор 4.7 кОм. Да и сам фоторезистор медленный, имеет инерцию реагирования.

Поэтому эта автоматическая регулировка усиления реагирует не на мгновенное значение напряжения, но на его огибающую.

Говоря по-научному, медленное реагирование системы с конденсатором и сопротивлением интегрирует входящий сигнал. Сопротивление резистора 4.7 килоома, сопротивление не полностью открытого транзистора и ёмкость конденсатора создают интегрирующую цепочку.

Ещё в правом верхнем углу схемы начертан узел на полевом транзисторе. Он служит для включения светящегося светодиода, когда компрессор включен. В наборе с Алиэкспресс, из которого я собираю компрессор, этого узла нет, потому что в набор входит ножной переключатель на три группы контактов и два положения 3PDT.

А в старинной педали компрессора, схему которой мы изучаем, был переключатель на две группы контактов, DPDT. Или вообще с одной контактной группой SPDT как на фото. Она переключала выходное гнездо между входом и выходом компрессора. Поэтому химическая энергия батарейки расходовалась всё время, пока был вставлен входной джек, а для включения индикаторного светодиода разработчикам пришлось прибегнуть к такой хитрости.

Осталось добавить, что оптопара со светодиодом и резистором в светонепроницаемом корпусе выпускалась под торговой маркой Vactrol, и сейчас это довольно редкая и дорогостоящая бутиковая деталь. Но ничто не мешает сделать вактрол самим из светодиода и фоторезистора, что и предлагают авторы набора.

▍ Слушаем, как звучит

Слышим, что арпеджио стаккато и скрип медиатором по струне слышно слабо, а протяжные ноты сильно, и они слишком выделяются из картины. После включения компрессора ничего или почти ничего не изменилось, потому что регулятор сжатия на нуле.

Зато в положении ручки регулировки сустейна на три часа баланс громкости всех нот и звуков выходит более музыкальным. Слышим, что компрессор делает звучание сильного сигнала более мягким. О таких компрессорах часто говорят, что его не заметно, но с ним лучше.

Нужен ли вам компрессор для гитары, зависит от стиля игры и предпочтений. Играющие рок на синглах, на стратокастерах и телекастерах часто пользуются компрессорами.

Те, у кого в игре много легато, тоже нуждаются в компрессии, но хайгейн усилители, то есть с высоким коэффициентом усиления, компрессируют звук по своей природе.

Компрессия свойственна и некоторым гитарным громкоговорителям. К примеру, Celestion Greenback. Такие громкоговорители отлично подходят для игры со значительным перегрузом. Но не там, где много тонкостей динамики.

А чтобы играть эмбиент с очень длинными нотами, без компрессора просто не обойтись.

Необходимо добавить, что DOD 280 – это винтажный, старинный тип компрессора. Современные, модерновые компрессоры имеют больше регулировок. Прежде всего, настройку времени атаки и затухания.

То есть, у них не просто впаянный электролитический конденсатор в цепи питания светодиода обратной связи, но предусмотрена регулировка скорости реакции на появление и исчезновение сигнала.

Благодарю за внимание! В одной из следующих статей сделаю на базе этого компрессора тремоло.

Мощные VPS на SSD со скидками до 53%. Панель ISPmanager в подарок* .

ару
гитара
аналоговая схемотехника
компрессия звука
самоделки
усилитель
регулировка усиления
ruvds_статьи

Источник: habr.com