Идеальный регулятор должен был бы дать возможность автоматически получать одинаковую громкость звука при приеме всех передач. Практически же АРУ может поддерживать постоянство громкости звука только при условии, что все станции имеют одну и ту же глубину модуляции. Что это такое?

На рис. 152 показаны два модулированных тока высокой частоты, имеющих одну и ту же максимальную амплитуду. Но ток А сильнее промодулнрован низкой частотой, чем ток Б, и поэтому после детектирования, ток с больщей глубиной модуляции даст больший ток низкой частоты, как это показано в нижней части рисунка.

Необходимость ручной регулировки

Действие всех систем АРУ ограничивается поддержанием постоянства высокочастотного напряжения, подаваемого на детектор и, как было показано выше, не обеспечивает одну и ту же громкость для всех передач. Довольно часто случается, что удаленный, но глубоко промодулированный передатчик дает более громкий звук, чем местный, но слабо промодулированный.

Основная цель АРУ заключается в том, чтобы поддерживать постоянство громкости звучания данной передачи в течение всего времени ее приема. Поэтому наличие АРУ никоим образом не исключает необходимости в ручной регулировке громкости звука, позволяющей установить громкость на желаемом уровне, какой бы ни была глубина модуляции.

В связи с тем, что. ручная регулировка громкости не должна влиять на напряжение на входе детектора, на которое воздействует автоматический регулятор, она должна находиться в низкочастотной части приемника. Обычно это осуществляется с помощью nofeHunoMCTpa, включаемого в цепь связи усиления низкой частоты и позволяющего регулировать напряжение иа сетке усилительной лампы. Часто такой потенциометр включают в качестве нагрузки в цепь детектора, что дает возможность снимать желаемую часть детектированного напряжения низкой частоты.

Гидравлическая аналогия

Теперь, когда мы установили пределы действия автомагического регулятора усиления, мы можем изложить основной принцип его работы.

Этот принцнп заключается в том, что в регуляторе используется напряжение, развиваемое средним значением детектированного тока, для воздействия на электроды ламп, предшествующих детектору, так, чтобы уменьшать усиление при увеличении сигнала.

Очень простая гидравлическая аналогия поможет нам разобраться в смысле этой формулировки. Интенсивность сигналов на входе приемника изображается уровнем жидкости в сосуде А (рис. 153). Уровень жидкости в сосуде Б соответствует напряжению, поданному на детектор. На рисунке видны труба, соединяющая оба сосуда, и кран К, через который жидкость может вытекать из сосуда Б. Если бы установка состояла только из описанных устройств, то изменение уровня в сосуде А вызывало бы соответствующее из менение уровня в сосуде Б (явление замираний). Но в установке предусмотрен регулятор, который должен поддерживать постоянство уровня в сосуде Б. Он состоит из поплавка Р, прочно соеднкснного с рычагом на шарщфе Ш, несущем пробку П. Когда в результате повышения уровня в сосуде А повышается уровень в сосуде Б, поплавок Р, всплывая, поднимает пробку П, так что количество поступающей жидкости

Рис. 153. Гидравлическое устройство, аналогичное автоматическому регулятору усиления.

уменьшается и уровень в сосуде Б сразу же понижается. Понятно, что практически уровень жидкости в сосуде Б остается неизменным.

Точно так же в приемнике с автоматическим регулятором громкости повышение интенсивности сигнала на входе вызывает повышение среднего значения детектированного тока. Этот ток создает на сопротивлении падение напряжения, которое в форме смещения подается на электроды одной или нескольких предшествующих ламп и снижает их коэффициент усиления.

Нас в конечном итоге интересует скорость поступления жидкости или, если мы говорим о радио, результирующая громкость звука. В гидравлике поступление жидкости зависит не только от уровня, но и от характера жидкости, в основном от ее удельного веса. Если мы будем иметь дело только с одной жидкостью, то количество жидкости, пропускаемое в секунду краном К, останется неизменным, какой бы уровень ни был в сосуде А. Если же мы будем пропускать то ртуть, то растительное масло, скорость поступления этих жидкостей не будет одинаковой. Именно тогда с пользой для дела вступает кран К, который в конечном итоге определяет расход каждой жидкости.

Вернемся к области радио: внимательный читатель, очевидно, уже догадался, что характер жидкости соответствует глубине модуляции, а кран К играет роль ручной регулировки громкости звука, стоящей в низкочастотной части приемника.

Отметим также, что гидравлический регулятор позволяет снижать скорость поступления жидкости, препятствуя таким образом повышению уровня в сосуде Б. Если по какой-либо причине уровень в сосуде А станет слишком низким, то уровень в сосуде Б также упадет н регулятор не сможет восполнить это снижение. Такое же явление наблюдается и в радио. Автоматический регулятор усиления лишь в большей или меньшей степени снижает чувствительность приемника.

Таким образом, автоматический регулятор усиления осуществляет «нивелировку по наинизшему уровню». Он может применяться лишь в приемниках с достаточным резервом по чувствительности.

Следует подчеркнуть, что само напряжение, развиваемое усиливаемыми сигналами на выходе детектора, служит для автоматической регулировки усиления. Это напряжение должно оставаться постоянным. Как только появляется тенденция изменения напряжения в сторону повышения или понижения, оно воздействует на предшествующие лампы, изменяя их усиление и компенсируя тем самым эффект колебания величины сигнала в антенне.

Лампы с переменной крутизной

Изменение усиления в лампах, предшествующих детектору, осуществляется путем изменения их крутизны. Крутизна, как мы это видели при изучении характеристик ламп, постоянна лишь на линейном участке характеристики. Как только смещение достигает нижнего изгиба характеристики, крутизна снижается и может в конечном итоге стать равной нулю (когда анодный ток исчезает прн сильном смещении).

Все лампы, охваченные системой АРУ, имеют специальную характеристику-это лампы с переменной крутизной. Крутизна у них весьма постепенно изменяется в зависимости от изменения смещения. Характеристика не имеет резких изгибов и на всех ее участках небольшой отрезок кривой легко может быть приравнен прямой. Таким образом, где бы ни находилась рабочая точка, искажения, вносимые нелинейностью, будут незначительными, если мы имеем дело с малыми амплитудами сеточного напряжения.

Чем большую абсолютную величину имеет отрицательное смещение, тем меньше крутизна, а следовательно, и усиление лампы. Так, изменяя в известных пределах смещение лампы с переменной крутизной, мы можем изменять ее усиление от максимального значения до такой малой величины, что это будет скорее ослаблением, чем усилением.

Работа АРУ

Регулировка усиления перед детектором (которая по сути дела является ничем иным, как регулировкой чувствительности приемника) могла бы производиться вручную, например путем регулировки потенциала сеткн илн, что эквивалентно, потенциала катода лампы с помощью потенциометра. Но в автоматическом регуляторе необходимое напряжение смещення снимается с детектора. \1 Действительно, напряжение низкой частоты в точке X (см. рис. 106) диодного детектора в каждый момент пропорционально средней интенсивности принимаемых сигналов.

Это отрицательное напряжение используется в качестве смещення в цепях сеток предшествующих ламп, которые включаются, таким образом, в цепь АРУ (рис. 154). Следует отметить, что начальное смещение ламп получается обычным способом в результате падения напряжения на сопротивлении, включенном между катодом и минусом высокого напряжения. Напряжение АРУ добавляется к нему, создавая увеличение смещення, с тем чтобы в большей или меньшей степени ослабить усиление Каждой лампы.

Когда вследствие замираний интенсивность принимаемых антенной сигналов снижается, падает также и детектированное напряжение в точке X; в результате этого дополнительное смещение уменьшается и усиление ламп возрастает, нейтрализуя тем самым эффект замираний.

Рис. 154. Блок-схема радиоприемника с АРУ.

1 - усилитель высокой частоты; 2 - детектор; 3 - усилитель низкой частоты; 4 -цепь АРУ.

Постоянная времени

Значение автоматического регулятора усиления заключается в стабилизации громкости воспроизведения. Речь, конечно, идет не о том, чтобы свести мощность всех звуков к одной и той же величине, лишая музыку всех ее нюансов. Наоборот, контраст между пианиссимо и фортиссимо по мере возможности должен полностью сохраняться. Стабилизироваться должна только средняя громкость звучания.

Для достижения этого нужно сделать так, чтобы при кратковременных изменениях интенсивности сигналов (например, при громких аккордах) АРУ ие срабатывало. Быстрые изменения интенснвностн нейтрализуют с помощью специальной цепн, например из резистора Ri и конденсатора С, (рис. 107). Эта цепь отводит переменные составляющие напряжения к какой-либо точке с постоянным потенциалом (например, к минусу высокого напряжения) и имеет большую постоянную времени.

Постоянная времени выражается в секундах и численно равна произведению R в омах иа С в фарадах. Так, например, сопротивление 500 000 ом и конденсатор 0,1 мкф (или 0,0000001 ф) будут иметь постоянную времени 500 000-0,0000001 = 0,05 сек (нли /го сек). В результате все изменения, имеющие длительность менее /го сек, не будут переданы этим устройством. Звуковые частоты, принимаемые радиоприемниками, выше 20 гц, т. е. длительность их меньше /го сек, замирания же, за редкими исключениями, протекают значительно медленнее. Поэтому мгновенные изменения напряжения, вызываемые даже самыми низкими звуковыми частотами, не окажут никакого влияния на усиление до детектора; однако колебания интенсивности, обусловленные замираниями, пройдут через систему с такой постоянной времени и усиление ламп изменится соответствующим образом.