Automatyczna Regulacja Wzmocnienia

[SQ5KVS]

Witam
Przebadałem nieco mój układ z postu #135 (powyżej) i już wiem czemu szumi

W tym układzie założyłem że sytuacja zrównoważenia jest kiedy napięcie na bramkach obu jfetów jest takie same równe VP. Dla J2 oznacza to zwarcie ze źródłem. Tranzystor J310 ma wtedy rezystancję kanału około 45Ω. Czyli i (+) opampa i (-) opampa są wtedy połączone z wirtualną masą taką rezystancją. Jakie jest wzmocnienie opampa wtedy (nie całego układu)? 47KΩ / 45Ω ~ około 1000 razy, czyli 60dB. Wzmocnienie dla sygnału wejściowego jest prawie zerowe, bo mostek jest zrównoważony. Ale każdy wzmacniacz ma szumy własne (dla NE5532 to 5
nV/√Hz), dochodzą też szumy tych JFETów (6nV/√Hz). Jeśli mam pasmo 20kHz to daje ok 1-2uV szumów (licząc na palcach), razy wzmocnienie opampa czyli na wyjściu jest kilka mV szumu. Całkiem niezły szumofon!! Do tego układ najmocniej szumi kiedy ma najmniejsze całkowite wzmocnienie...

Pozdrawiam

Można temu zaradzić - obniżyć napięcie w którym będzie zrównoważony mostek, czyli na bramki obu fetów dać jako napięcie startowe nie VP tylko np -3.5V i sterować napięciem "w górę". Wtedy punkt równowagi będzie dla RJFET kilku-nastu kΩ i układ nie będzie miał ogromnego wzmocnienia.
Dodać dwa rezystory (między mostkiem a wzmacniaczem) tak żeby ograniczyć maksymalne wzmocnienie Można wtedy ograniczyć szumy na wyjściu z ~2mV do kilkunastu - kilkudziesięciu uV. Minusem będzie mniejszy zakres napięć wejściowych nie powodujących przesterowania.

Z innej beczki - zauważyłem też że w ujemnej pętli sprzężenia opampa można wstawić zwykły tranzystor bipolarny Z tych które mam, najlepiej działał 2n2222A. Jeśli się nie przekroczy 10-20mV p-p na wejściu, w układzie o kilkukrotnym wzmocnieniu można osiągnąć 150mV pp wyjściowo, z harmonicznymi około -25 .. -35dB. Dla mniejszego sygnału i większego/mniejszego tłumienia harmonicznych jest dużo mniej. Steruje się toto prądem bazy, dlatego emiter jest do wyjścia opampa, i zakres regulacji jaki można osiągnąć to około 60dB, może ciut więcej.
Nie jest to szał, ale takie AGC dla nieco uboższych może być
Na obrazku z prawej strony powinny być wolty, nie mA. Na wejściu było 40mVpp sinusa 1kHz.

[SQ5KVS]

Jeśli ktoś myślał że w temacie AGC do Fukusia była martwa cisza przez święta, to tak, była cisza ale nie martwa. Czasu niby sporo ale zawsze ktoś coś znajdzie ważniejszego do robienia...
Podejrzałem pewnie z trylion różnych układów detektorów do AGC, superdiod, itp i nic mnie nie zadowoliło specjalnie Podpatrzyłem układ z Husarka, i też nie do końca mnie zadowolił bo ma mocno nieliniową odpowiedź. Co komu to komu.
Ostatecznie wziąwszy na warsztat kilka różnych pomysłów, i rozgrzewając symulator do czerwoności wymyśliłem układ jak niżej:

Tranzystory Q1 i Q2 robią wzmacniacz różnicowy, na ich kolektorach są dwa sygnały w przeciwfazie, wzmocnienie jest około 50x (32dB).
I na tym kończą się rzeczy oczywiste
Q3 i Q4 to tranzystory detektora. Nie, nie ma pomyłki, sygnał idzie z kolektorów Q1 i Q2 i jest prostowany przez tranzystory Q3 i Q4. Żeby prostowanie zaszło, trzeba lekko podpolaryzować bazy Q3 i Q4 względem ich emitera: od tego jest Q5 , źródło napięcia V5 i R15, daje to napięcie ~0.56V względem punktu VVG który to ma napięcie takie samo jak na kolektorach Q1 Q2 i emiterach Q3 i Q4.
Wyprostowane dwupołówkowo napięcie wygładzane jest na kondensatorze C2+R4, C4. Napięcie to MALEJE w miarę wzrostu napięcia wejściowego (co nie jest problemem wystarczy tranzystor aby to odwrócić lub wzmacniacz operacyjny, zamiast Q3 i Q4 można też wziąć tranzystory PNP i wtedy napięcie prostowane będzie rosło).

Stała czasowa detektora zależy od tych kondensatorów, rezystora R12 ale także R15 i napięcia polaryzującego bazy tranzystorów detekujących. Im ono większe, tym napięcie wyprostowane szybciej się ładuje, ale też szybciej rozładowuje (bo jest pewien upływ pomiędzy kolektorami Q3 i Q4 a ich emiterami). Można to np.wykorzystać do sterowania stałą czasową
Na wykresie niżej symulacja efektu działania - sygnał We to 10mVpp 1kHz, na kolektorach Q1 Q2 około 550mVpp - na niebiesko. Na zielono napięcie wyprostowane mierzone względem VGG a VAGC (dlatego rośnie). Stałe czasowe widać na oko.
Liczę na komentarze

PS: Kreski są podwójne bo zbadałem zależność temperaturową napięcia VAGC dla dwóch różnych temperatur: +10*C i +50*C.


Wszystkiego dobrego z okazji Nowego Roku!
SQ5KVS

[SP9FKP]

Nie bardzo zrozumiałem o co chodzi z nieliniową odpowiedzią ARW Husarka. Jeśli chodzi o liniowość napięcia detektora ARW w odniesieniu do wartości sygnału to tak właśnie miało być. Dlatego Husarek ma rozdzielone detektory ARW i pomiar siły sygnału. Rzecz w tym, że są to sprzeczne ze sobą wymogi, już pisałem na ten temat i nie ma sensu znów do tego wracać.
Moim (subiektywnym) zdaniem, nie da się zrobić ARW po m.cz. bez rozbudowy układu. Chodzi o stałe czasowe niezbędne dla zachowania stabilności pętli regulacji. Inne (prostsze) są wymagania dla częstotliwości radiowych, inne dla częstotliwości zbliżonych do częstotliwości modulujących. Również sporo czasu poświęciłem na symulacje różnych pomysłów rozwiązania problemu i na razie żaden nie okazał się doskonały (włącznie z powtórną modulacją do częstotliwości radiowych).

[SQ5KVS]

Piotr, to nie jest zarzut do AGC Husarka! Nieliniowość w Husarkowym detektorze polega na tym że ma spory próg (to też nie jest wada) i charakterystyka odpowiedzi AGC bardzo szybko rośnie względem nap. wejściowego - to też nie musi być wada jeśli reakcja AGC jest szybka. Choć przy dużej nieliniowości może być problem z zapanowaniem nad pętlą
Czy zastosuje ten układ - tego jeszcze nie wiem, jak napisałeś są inne wymagania i też trochę inny cel.

Pozdrawiam

[SP9FKP]

Ok, nie ma sprawy. Dla pełnej jasności dla czytających dodam, że jeśli mówię o liniowości ARW, myślę (w uproszczeniu) o wynikowej charakterystyce regulacji będącej złożeniem charakterystyk detektora i elementu wykonawczego ARW. Do tego jeszcze dochodzą stany nieustalone. Dlatego tak cennym narzędziem są symulatory oszczędzające mnóstwo czasu.

[SP2JQR]

Jeśli chodzi o obróbkę sygnału ARW na m.cz. to dobre efekty uzyskuje się stosując większą ilość faz i detektorów. Aby to uzyskać należy sygnał m.cz. po regulatorze ponownie podać na prosty przesównik fazowy, a następnie w każdej fazie zastosować detektor i posumować sygnały z wszystkich detektorów.
Namiastką takiej detekcji jest detekcja dwópołówkowa. Umożliwia ona zmniejszenie kondensatora stałej czasowej. Napięcie z detektora dwupołówkowego spada jednak do zera i z tego powodu występują pulsacje, a w konsekwencji nie ma możliwości znacznego zmniejszenia kondensatorów stałych czasowych.
Zastosowanie większej ilości faz powoduje możliwość większego obniżenia kondensatorów stałych czasowych ponieważ suma napięć ze wszystkich detektorów nigdy nie spada do zera i nie występują tak duże pulsacje.
Najbardziej korzystne sa nieparzyste liczby faz. Np. prąd trójfazowy po zastosowaqniu dodatkowo odwracania faz można poddać detekcji sześciofazowej, gdzie pulsacje sygnału są bardzo małe. Ze względów praktycznych łatwiej jest jednak zbudować układ czterofazowy, trochę gorszy, ale również dobrze spełniający swoje zadanie
Problem z szybkim spadaniem napięcia z detektora i konieczność jego podtrzymania występuje dla najniższych częstotliwości w zakresie 100-600Hz. Dla wyższych częstotliwości ilość impulsów ze zwykłej detekcji jest już wystarczająca, aby zapewnić dobre podtrzymanie napięcia małymi wartościami kondensatorów.
W związku z powyższym przesównik fazy może być uproszczony i obejmować tylko zakres najniższych częstotliwości.
Małe wartości kondensatorów stałych czasowych ułatwiają uzyskanie wystarczająco szybkiej reakcji na skoki sygnału.

W praktyce przy czterofazowym ARW uzyskałem taką samą pracę układu ARW jakby obróbka była zrobiona na w.cz.
Nie słychać zaskoku ARW przy nagłym pojawieniu się sygnału CW.
Jakby ktoś się uparł oczywiście może zrobić 6 albo 8 faz jednak uzyskany w praktyce wynik przy ARW 4-fazowym jest wystarczający.

Zachęcam kolegów do konstruowania nowych układów ARW, takich, które są odkrywcze i nie powielają dotychczas posiadanej wiedzy. Bardzo rzadko widywałem wielofazowe detektory ARW, w zasadzie tylko dwufazowe (czyli zwykłye prostowanie pełnookresowe). gdzieś widziałem detektor trójfazowy, ale nie pamiętam linku.
Zachęcam do pójścia tą drogą, jeśli ARW ma być zrealizowane na m. cz. i mieć naprawdę dobre parametry.

---

P.S.
pomijam wszelkie inne aspekty związane w różny sposób z liniowością regulacji, zniekształceniami, wielkością amplitudy, które to sprawy są dość dobrze znane i omówione w różnych dostępnych materiałach. Uważam to za oczywistość i należy uzyskać w tym zakresie wymagane kompromisy.

[SP9FKP]

Wspomniałem o próbie przejścia z sygnałem na częstotliwość podnośną. Wykorzystałem klasyczny NE612 z rezonatorem 465 kHz. W efekcie do detekcji wykorzystałem sygnał DSB o tej właśnie częstotliwości. I tu popełniłem błąd bowiem obwiednia DSB po prostowniku niczym nie odbiega od sygnału nośnego a kluczowe znaczenie mają tętnienia wyprostowanego sygnału. Zmodulowanie podnośnej w AM też da podobny efekt. A co w przypadku jednej wstęgi? Tu już będzie dokładnie tak jak to widzi detektor ARW w superheterodynie. Jaki stąd wniosek?
Pomysł udostępniam na licencji GPL

[SQ5KVS]

I wszystko nagle staje się prostsze.... Oczywiście, nie układowo, hehe.
To trochę jak obchodzenie góry dookoła po to żeby wrócić w to samo miejsce. Ostatnio zaświtał mi pomysł że skoro tyle się męczymy z AGC po m.cz. a AGC w wysokiej pośredniej jest be...
Zamiast demodulować p.cz. do częstotliwości akustycznych, potem modulować to z powrotem do niskiej pośredniej po to tylko żeby zrobić detekcję AGC, zróbmy od razu drugą niską pośrednią, gdzie wszystkie rzeczy typu wzmocnienie i AGC będą się działy. Klasyczne opampy typu TL072 czy nawet lepiej NE5532 na częstotliwościach rzędu kilkudziesięciu kHz (może II BFO na kwarcu zegarkowym? będą jeszcze dobrze działały (NE5532 ma mieć tu wzmocnienie otwartej pętli ~50-60dB). Jeśli przyjmiemy że pasmo kształtują filtry w wysokiej pośredniej to można to zdemodulować mieszaczem na kluczach i to przy sygnałach rzędu miliwoltów i więcej.

Pozdrawiam
PS: Ale to też już wymyślili

[SP5BMP]

Podejrzewam, że Piotr ma na myśli ARW do homodyny a Karol do superheterodyny , czy tak ?

[SP9FKP]

Tak. Ale problem jest szerszy i dotyczy ARW w każdym wariancie, na przykład dla kompresora dynamiki czy bramki szumów, tam gdzie trzeba precyzyjnie określić poziom sygnałów o pulsacji zbliżonej do stałej czasowej detektora. W przypadku gdy jest dostępna jakaś pośrednia, nie ma sprawy, choć też są ograniczenia. Henryk postuluje automatykę "do przodu". Ale to nie jest proste: po pierwsze wymaga dużej dynamiki od samego detektora ( bo przecież musi umieć przyjąć każdy poziom traktu), po drugie trzeba znać w miarę dokładnie odpowiedź elementu wykonawczego, co w warunkach amatorskich trudno jest zrealizować w powtarzalny sposób.
Dlatego klasyczna pętla wydaje się być dobrym i prostym rozwiązaniem, wszak zdecydowana większość urządzeń pracuje w oparciu o tę zasadę. W przypadku superheterodyny o bardzo małym wzmocnieniu w torze w.cz. będziemy mieli taki sam dylemat jak w homodynie. Stąd moje próby "obejścia" tematu jak słusznie zauważył Karol.
Myślę, że wygenerowanie sygnału jednowstęgowego dla detektora nie jest zbyt wielką ceną za możliwość skrócenia stałych czasowych do wielkości poniżej 10 ms i wcale nie myślę tu o klasycznym filtrowaniu jak we wzbudnicy SSB. Można to zrobić na wiele sposobów, że przypomnę tylko ideę Dirodyny czy ostatni wpis Henryka.

----------------------------------------------------------------------------------------------

Jeszcze raz przyjrzałem się układowi zamieszczonemu przez SP2FP i muszę przyznać, że chyba zbyt pobieżnie go zanalizowałem. Regulacja za pomocą FET-a pracującego jako zmienny rezystor ogranicza efektywną wartość sygnału do kilkunastu mV. Zatem po takim regulatorze trzeba dać wzmacniacz by wysterować słuchawki, głośnik i oczywiście detektor automatyki. Sytuację trochę poprawia linearyzacja z drenu na bramkę połową wartości sygnału ale i tak nie da się przekroczyć progu kilkudziesięciu mV (przy założeniu minimalnych zniekształceń). Zmiana konfiguracji z potencjometrycznej na ujemne sprzężenie zwrotne pozwala zmniejszyć sumaryczne zniekształcenia ale nie podnosi wartości dopuszczalnego sygnału. Zatem tak czy siak, trzeba wzmacniać i lepiej jest to zrobić wzmacniaczem o stałym, dobranym wzmocnieniu niż narażać się na potencjalną niestabilność wzmacniacza o zmiennym wzmocnieniu. Skoro tak, można go dopracować pod kątem wnoszonych szumów, korekty charakterystyki i stabilności zaś funkcję regulacji wydzielić podobnie jak w przywołanym układzie.
Proponuję pod dyskusję następującą zmianę:

W oryginale układ ma jedną zasadniczą wadę: kondensator C2 przenosi część sygnału sterującego tłumieniem do toru sygnałowego. Powoduje to przesuwanie składowej stałej wraz z sygnałem regulacji. Przy dużym wzmocnieniu za regulatorem będzie to powodowało zniekształcenia przy dużych skokach napięcia regulacji. Aby temu zapobiec proponuję zmianę jak na rysunku. Dzięki temu układ nie będzie wrażliwy na zmiany napięcia regulacji, zachowując cenne właściwości linearyzacji. Wykorzystanie CMMR wzmacniacza operacyjnego pozwala rozszerzyć zakres regulacji a małe wzmocnienie pozwoli utrzymać wysoką liniowość i niewielkie szumy własne.