logo
Основи РЛС / 3 Обробка інформації / Тема 2

4.3.3 Усилители с логарифмической амплитудной характеристикой

В усилителях с логарифмической амплитудной характеристикой (ЛАХ) дифференциальный коэффициент усиления КЛАХ обратно пропорционален амплитуде входного сигнала. Эти усилители обладают весьма широким динамическим диапазоном.

Дифференциальный коэффициент усиления усилителя с ЛАХ равен отношению бесконечно малого приращения выходного напряжения dUвых к бесконечно малому приращению входного напряжения dUвх и выражается формулой

КЛАХ = dUвых/dUвх = а/dUвх, (4.18)

где а − коэффициент пропорциональности. Из выражения (4.18) (после интегрирования) следует, что Uвых = a lnUвх + c, где с − постоянная интегрирования.

Нетрудно получить, что

Uвых = КоUвх[ln (Uвх/Uвх н + 1)], (4.19)

где Uвх н − входное напряжение, соответствующее переходу от линейного участка амплитудной характеристики к логарифмическому, Ко − коэффициент усиления в линейном режиме (при Uвх < Uвх н).

Из выражения (4.19) следует, что для того, чтобы дифференциальный коэффициент усиления был обратнопропорционален амплитуде входного сигнала, АХ УПЧ должна быть логарифмической (рис.4.13).

На рис.4.13 обозначено: Uвх н − начало логарифмического участка ЛАХ; Uвх к − верхняя граница логарифмического участка, которая определяется максимальной амплитудой флюктуаций мешающих колебаний.

Рис.4.13. Логарифмическая амплитудная характеристика УПЧ

УПЧ с ЛАХ позволяют сжимать амплитуду флюктуаций мешающих колебаний до уровня амплитуд внутреннего шума приемника и, тем самым, предотвращать перегрузку приемного устройства, не теряя чувствительности после воздействия интенсивных помех.

При этом

т.е. ДД сжимается в Dтреб/ (ln Dтреб + 1) раз.

Приемник с ЛАХ обеспечивает практически безынерционную нормировку входных сигналов, не теряет чувствительности после прихода сильных сигналов и имеет собственные шумы, незначительно превышающие шумы обычного приемника.

Если характер АШП аналогичен характеру шума приемника, то интенсивность помех на выходе приемника практически не зависит от их интенсивности на входе.

Недостатками усилителей с ЛАХ являются: зависимость времени задержки сигнала от его амплитуды на входе усилителя; зависимость полосы пропускания от уровня входных сигналов; расширение спектра флюктуаций сигналов пассивных помех.

В радиоприемных устройствах РЛС РТВ находят применение различные разновидности УПЧ с ЛАХ.

УПЧ с последовательным детектированием. В состав такого усилителя входят n однотипных последовательно включенных усилителей-ограничителей (рис.4.14). Вход каждого каскада подключен через амплитудный детектор к сумматору.

На практике в логарифмических усилителях используется кусочно-линейная аппроксимация логарифмической характеристики (рис.4.15).

Рис.4.14. Логарифмический усилитель с последовательным детектированием

Рис.4.15. Кусочно-линейная аппроксимация ЛАХ

При малых значениях входного напряжения (Uвх < Uвхо) в работе участвуют все последовательно включенные усилители и поэтому наклон АХ самый большой. При достижении входного напряжения уровня Uвх > Uвхо самый последний усилитель переходит в насыщение и прекращает участвовать в усилении сигнала, поэтому наклон амплитудной характеристики уменьшается и т.д. В результате формируется кусочно-линейная характеристика.

Этот тип усилителя прост по устройству, однако применим лишь тогда, когда в процессе сжатия ДД входных радиосигналов допустим переход к видеосигналам, т.е. при некогерентной обработке сигналов.

УПЧ с нелинейным сопротивлением в нагрузке. В этом случае используется параллельное включение с колебательным контуром каскадов УПЧ нелинейных элементов с характеристиками, близкими к логарифмическим: нелинейных резисторов, сопротивление которых зависит от амплитуды колебаний в контуре (рис.4.16).

Рис.4.16. УПЧ с нелинейным сопротивлением в нагрузке

С возрастанием амплитуды сопротивление резистора, а значит и эквивалентное сопротивление контура, уменьшается (происходит шунтирование контура), что приводит к уменьшению коэффициента усиления УПЧ.

Логарифмический усилитель можно реализовать в виде последовательно включенных каскадов с двумя уровнями усиления. Принципиальная схема одного из вариантов подобного каскада приведена на рис.4.17,а, а его амплитудная характеристика − на рис.4.17,б.

а) б)

Рис.4.17. Схема каскада УПЧ с двойным усилением (а) и его амплитудная характеристика (б)

Каскад состоит из аттенюатора, зашунтированного ограничителем на последовательно включенных диодах, и усилителя. При слабых входных сигналах диоды Д1 и Д2 шунтируют резистор R3 и коэффициент передачи каскада определяется коэффициентом усиления усилителя, который выбирается равным Кус = (R1 + R3)/R1.

Ограничение входных сигналов достигается тогда, когда через диод Д2 либо проходит весь ток от источника смещения, либо ток вообще не проходит. Если прямое сопротивление диодов значительно меньше сопротивления резисторов R1 и R2, то ограничение наступает при

Сигналы, превышающие по абсолютной величине порог ограничения, ослабляются в R1/(R1 + R3) раз. Следовательно, дифференциальный коэффициент каскада для этих сигналов равен единице.

Динамический диапазон приемо-индикаторного тракта РЛС при применении УПЧ с ЛАХ расширяется до 50-60 дБ.

Таким образом, обеспечение требуемого динамического диапазона тракта приема и выделения сигналов РЛС является необходимым условием повышения эффективности таких методов защиты как метод «силовой» борьбы, метод пространственной, поляризационной и частотной селекции.