7. 3 Автоматическая регулировка усиления

7.3 Автоматическая регулировка усиления

Автоматическая регулировка усиления (АРУ) предназначена для поддержания постоянной мощности сигнала на выходе УПЧ – необходимое условие нормальной работы выходных устройств приемника. Уровень сигнала на входе приемника может изменяться в очень широких пределах; при максимальном напряжении на входе РПрУ система АРУ должна обеспечить минимальный коэффициент усиления усилительно-преобразовательного тракта (УТ) приемника и наоборот. Таким образом, задача АРУ — изменять усиление усилительно-преобразовательного тракта РПрУ в зависимости от уровня входного сигнала.

Система АРУ имеет устройство, напряжение Е_РЕГ на выходе которого зависит от уровня сигнала в радиотракте. Таким устройством может служить, например, амплитудный детектор. Напряжение Е_РЕГ, подаваемое на усилительные каскады, изменяет их коэффициент усиления. Для АРУ в приемнике создается цепь, состоящая из детектора АРУ и фильтра. За счет АРУ в приемнике диапазон изменения напряжения сигнала U_ВЫХ /U_ВЫХном на его выходе меньше, чем диапазон изменения сигнала U_ВХ/U_ВЫХном на входе, здесь U_ВЫХном и U_ВХном — требуемые номинальные напряжения соответственно на выходе и входе приемника. Чем меньше это отношение, называемое диапазоном АРУ, тем эффективнее АРУ в приемнике.

В зависимости от способа подачи регулируемого напряжения АРУ подразделяются на обратные, прямые и комбинированные.

7.3.1 Обратная АРУ – рис. 9.5, а). В этой схеме напряжение регулировки Е_РЕГ формируется из напряжения U_ВЫХ на выходе регулируемого усилителя (РУ), в котором могут применяться способы регулировки усиления, рассмотренные в § 9.2. Напряжение Е_РЕГ подается со стороны выхода в направлении входа РУ, что и обусловило название этого вида АРУ. Детектор АРУ (Д) обеспечивает напряжение Е_РЕГ на его выходе, пропорциональное амплитуде напряжения U_ВЫХ: Е_РЕГ = К_ДU_ВЫХ. Фильтр АРУ (Ф) отфильтровывает составляющие частот модуляции и пропускает медленно меняющиеся составляющие напряжения U_ВЫХ. Цепь АРУ, которая состоит только из детектора и фильтра, называют простой АРУ. В цепь АРУ может включаться усилитель до или после детектора. Усилитель до детектора АРУ — это УПЧ, после детектора — УПТ. В высококачественных РПрУ усилитель иногда включают и до, и после детектора. При наличии в цепи АРУ усилителя ее называют усиленной.

Работа регулируемого усилителя совместно с цепью АРУ описывается амплитудной характеристикой – зависимостью U_ВЫХ = F(U_ВХ) – рис. 9.6. При увеличении напряжения U_ВХ на входе регулируемого усилителя с простой цепью АРУ коэффициент усиления К уменьшается за счет АРУ, поэтому выходное напряжение U_ВЫХ = КU_ВХ увеличивается в меньшее число раз, чем напряжение U_ВХ. С повышением U_ВЫХ увеличивается Е_РЕГ и соответственно уменьшается К. Недостаток простой АРУ – усиление энергии сигналов уменьшается и при слабых входных сигналах, когда этого не требуется. Для устранения этого недостатка используют АРУ с задержкой, в которой цепь АРУ начинает действовать только в том случае, когда входное напряжение U_ВХ превышает пороговое U_ПОР; при этом слабые сигналы цепью АРУ не ослабляются – рис. 9.6. При идеальной работе цепи АРУ с задержкой для U_ВХ  U_ПОР напряжение на выходе усилителя постоянно (штриховая линия на рис. 9.6). По мере увеличения коэффициента усиления усилителя в цепи регулировки характеристика АРУ реального усилителя все в большей степени приближается к идеальной. Особенностью является то, что она не позволяет получать

При обратной регулировке можно лишь приближаться к идеальной характеристику АРУ. Обратная АРУ не может быть идеальной, поскольку для ее работы принципиально необходимо приращение выходного напряжения U_ВЫХ. Если допустить, что АРУ идеальна, то U_ВЫХ = 0, при этом Е_РЕГ = const; К = const, регулировка отсутствует, а следовательно, выходное напряжение U_ВЫХ должно возрастать.

7.3.2 Прямая АРУ – рис. 9.5, б). Цепь прямой АРУ подключена к входу регулируемого усилителя, напряжение регулировки Е_РЕГ формируется в результате детектирования входного напряжения. При увеличении U_ВХ напряжение на выходе детектора АРУ возрастает, при этом увеличивается Е_РЕГ, что вызывает уменьшение К. Напряжение на выходе детектора U_ВЫХ = КU_ВХ. Если U_ВХ увеличивается, то К уменьшается; при этом их произведение может оставаться постоянным. Прямая АРУ позволяет в принципе получить идеальную характеристику регулировки (рис. 9.7), но практически добиться этого не удается. Такой АРУ свойствен ряд недостатков, основной из которых состоит в необходимости включать перед детектором в цепи АРУ дополнительный усилитель с большим коэффициентом усиления. Прямая АРУ нестабильна – подвержена действию различных дестабилизирующих факторов. Если, например, изменение температуры или напряжения источника питания увеличивает коэффициент усиления К регулируемого усилителя, то характеристика АРУ из идеальной превратится в характеристику с нарастающим U_ВЫХ – рис. 9.7.

7.3.3 Комбинированная АРУ – рис. 9.5, в) – рационально объединяет преимущества обратной и прямой АРУ: стабильность обратной АРУ и возможность получения идеальной характеристики в прямой АРУ. Для первого усилителя — это обратная, а для второго — прямая АРУ. Основная регулировка происходит в регулируемом усилителе РУ₁, который, как правило, содержит несколько регулируемых каскадов. Второй регулируемый усилитель обычно однокаскадный, его основная задача — несколько скомпенсировать возрастающее напряжение на выходе первого усилителя. То, что идеальная регулировка не достигается на практике, не имеет большого значения, так как пределы изменения U_ВЫХ невелики.

7.3.4 Бесшумная АРУ. Система АРУ обеспечивает в приемнике максимальное усиление при слабом сигнале. Это приводит к увеличению уровня шумового напряжения на выходе приемника. Устраняет это явление бесшумная АРУ (рис. 9.5, г), для реализации которой создается специальная цепь бесшумной регулировки БШР, управляемая напряжением Е_РЕГ. Если Е_РЕГ становится, ниже определенного уровня Е_пор, то цепь БШР формирует напряжение Е_З, запирающее усилитель звуковой частоты (УЗЧ); превышение Е_РЕГ порогового значения Е_пор приводит к «обнулению» запирающего напряжение Е_З – к отпиранию УЗЧ и восстановлению работы приемника. Используются различные схемных реализации цепи БШР.

7.3.5 Фильтр в цепи АРУ. Амплитуда сигнала в приемнике изменяется по двум причинам: 1) при использовании амплитудной модуляции; 2) при замираниях, из-за которых уровень сигнала на входе приемника изменяется в широких пределах по случайному закону. Система АРУ должна устранять только замирания сигнала, но не должна реагировать на полезные изменения амплитуды АМ сигнала, что обеспечивается с помощью фильтра АРУ.

Скорость полезных и вредных изменений амплитуды сигнала различна. При АМ амплитуда сигнала подвержена быстрым изменениям, например при телефонной связи и звуковом радиовещании частота модуляции составляет 50. 5000 Гц. Замирания сигнала в основном медленные, обычно частота замираний 0,1. 10 Гц. Напряжение Е_Д, на выходе детектора АРУ содержит полезную составляющую и паразитную – из-за замираний сигнала. Напряжение Е_РЕГ на выходе фильтра АРУ определяется только вредной

составляющей напряжения Е_Д. В качестве фильтра используют обычно простую цепь R_ФC_Ф. Если АРУ осуществляется в нескольких регулируемых каскадах усиления, то ставят не один, а несколько фильтров.

7.3.6 Искажения АМ сигнала в усилителе с АРУ. В реальных целях АРУ фильтр не полностью подавляет составляющие частоты модуляции напряжения на выходе детектора АРУ. Это приводит к искажениям сигнала. Для изучения механизма искажений положим вначале, что цепь АРУ идеальна, а на входе регулируемого усилителя действует АМ колебание с модуляцией одним тоном частоты  = 2F – огибающая этого колебания

U_ВХ = U_H(1+ m cos  t),

где т – коэффициент модуляции;  – угловая частота модулирующего колебания;

U_H – амплитуда несущего колебания.

При идеальной АРУ цепь регулировки вырабатывает постоянное напряжение Е_РЕГ.0, при котором коэффициент усиления

где S_РЕГ — крутизна регулировочной характеристики. При идеальной цепи АРУ огибающая выходного напряжения

В реальной цепи АРУ фильтр не полностью подавляет составляющие частоты модуляции и вносит фазовые сдвиги, что обусловливает искажения сигнала. Эти искажения, проявляются в следующем: 1) зависимость коэффициента усиления от частоты модуляции приводит к зависимости коэффициента модуляции от частоты сигнала, при отрицательной S_РЕГ глубина модуляции сигнала уменьшается; 2) напряжение на выходе усилителя дополнительно модулируется второй гармоникой сигнала с частотой 2F, что приводит к нелинейным искажениям закона модуляции. Эти искажения тем больше, чем больше произведение mS_РЕГ, при mS_РЕГ = 0 искажения отсутствуют.

7.3.7 АРУ приемников импульсных сигналов (рис. 9.8) отличается двумя особенностями.

1. Импульсный сигнал детектируется дважды: вначале детектором радиоимпульсов (Дри), а затем пиковым детектором (Дп). Детекторы необходимы не только для нормальной работы АРУ, но и для детектирования сигнала в самом приемнике. Чтобы не ставить два детектора (в цепь сигнала и в цепь АРУ), детектор радиоимпульсов часто делают общим. Общим может быть и видеоусилитель (ВУ).

2. В интервалах между полезными импульсами могут возникать помехи; при импульсной многоканальной связи между импульсами данного канала действуют импульсы других каналов. В этом случае АРУ реагирует на все импульсы, а не только на те, которые должны быть выделены. Для устранения этого недостатка цепь АРУ открывают только на время действия полезных импульсов. С этой целью в одном из каскадов цепи АРУ применяют стробирование – он открывается на интервале действия полезного импульса специальным импульсом, который называют стробирующим (СИ).

7.3.8 Быстродействующая АРУ служит для устранения перегрузки усилителя при действии мощной помехи. В усилителе регулируется режим усилительных элементов – при мощной помехе цепь АРУ формирует регулирующее напряжение Е_РЕГ, смещающее режим усилительных элементов в область с низким усилением. Особенность быстродействующей АРУ—высокая скорость ее срабатывания при мощной помехе; цепь быстродействующей АРУ инерционна для сигнала и срабатывает только от помехи. Постоянная времени фильтра быстродействующей АРУ во много раз меньше постоянной времени фильтра АРУ.

7.3.9 Переходные процессы в системе обратной АРУ проявляются при изменении амплитуды входного сигнала U_ВХ – из-за замираний. Если входное напряжение U_ВХ скачком возросло, то выходное напряжение U_ВЫХ (в предположении безынерционности усилителя) также скачком возрастет, что приводит к скачкообразному увеличению напряжения на входе цепи АРУ. Из-за наличия в цепи АРУ инерционных элементов – фильтра детектора АРУ и ФНЧ детектора сигнала – регулирующее напряжение Е_РЕГ изменяется не скачком, а нарастает постепенно, что приводит к уменьшению К усилителя. Это в свою очередь вызывает уменьшение U_ВЫХ и соответственно изменение законов нарастания Е_РЕГ и уменьшения К; как следствие, характер уменьшения U_ВЫХ становится сложным. В усилителе с АРУ возникает переходный процесс, и прежде чем напряжение U_ВЫХ на его выходе установится, проходит определенное время.

Закон изменения U_ВЫХ в процессе установления, который может

быть апериодическим либо колебательным, зависит от типа ФНЧ в цепи АРУ. Если ФНЧ — однозвенный RC-фильтр, то U_ВЫХ устанавливается по экспоненциальному апериодическому закону с  = RC/(1 + К_РЕГ), где К_РЕГ = (К /К)/(U_ВХ /U_ВХ ), U_ВХ, и К — приращение входного напряжения и соответственно вызываемое им приращение коэффициента усиления регулируемого усилителя. Такая схема называется системой АРУ первого порядка. Если ФНЧ — двух- или трехзвенный, то переходный процесс

Ручные и автоматические регулировки в радиоприёмных устройствах

Рассказать о нестационарных условиях приёма, о том на что они влияют. Изменение амплитуды сигнала, причины. Изменение частоты, доплер, плавание частот настройки, причины.

Для компенсации различных видов нестабильностей и неопределённостей в радиоприёмных устройствах используют различного вида регулировки. Регулировки делят на два вида: ручные, выполняемые оператором и автоматические, выполняемые специальными цепями и устройствами в составе приёмника.

Различают регулировки усиления, частоты настройки, селективности и т.д.

Ручные регулировки допускают применение электромеханических устройств. Например, роторные переменные конденсаторы или резисторы, переключаемые катушки индуктивности. Автоматические регулировки выполняются при помощи только электронных методов.

Автоматические регулировки применяются для того, чтобы освободить оператора от тех функций, которые система способна выполнять самостоятельно. А так же в для обеспечения приёма при быстро изменяющихся условиях, когда оператор не может действовать с достаточной быстротой и точностью.

К наиболее распространённым автоматическим регулировкам следует отнести автоматическую регулировку усиления (АРУ) и автоматическую подстройку частоты (АПЧ).

Автоматическая регулировка усиления

Автоматическая регулировка усиления обеспечивает поддержание на выходе усилителя промежуточной частоты уровня сигнала, достаточно высокого и стабильного для воспроизведения сообщений от радиостанций различной мощности, находящихся на разных расстояниях и в меняющихся условиях распространения радиоволн.

То есть когда напряжение на входе усилителя минимально (U_{ВХ_min}) коэффициент усиления должен быть наибольшим (К_max) для того, чтобы на выходе обеспечивать напряжение U_{ВЫХ_min} достаточное для нормального воспроизведения сообщений. U_{ВХ_min} соответствует чувствительности приёмника. При увеличении входного напряжения коэффициент усиления должен уменьшаться.

Зависимость К от U_ВХ, исходя из выражения

,

выглядит следующим образом

Объяснить смысл точки А с точки зрения шумов и безсмысленого усиления.

Типы АРУ

В общем случае система АРУ должна изменять коэффициент усиления УПЧ таким образом, что бы поддерживать постоянным выходное напряжение. Это можно сделать тремя способами.

1. Непосредственно регулировать коэффициент усиления, исследуя выходной сигнал. Это, так называемая, обратная АРУ, или другое название АРУ «назад».

В данной системе сигнал с выхода УПЧ поступает на детектор АРУ (Д), где он выпрямляется, затем на усилитель АРУ (У), где он усиливается до величины, необходимой для регулирования К усиления, затем этот сигнал очищается от переменных составляющих при помощи ФНЧ и с помощью постоянного напряжения U_рег уже и происходит регулировка коэффициента усиления. Наличие переменных составляющих в регулирующем напряжении приведёт к дополнительной паразитной амплитудной модуляции в выходном сигнале УПЧ.

2. Регулировать коэффициент усиления, исследуя входной сигнал и используя знание зависимости К от U_рег. Это, так называемая, прямая АРУ, или другое название АРУ «вперёд».

Логика работы этой схемы такая же как и у АРУ вперёд, сложность заключается в том, что коэффициент усиления усилителя АРУ должен быть очень велик – сравним с Кус УПЧ, что трудно реализовать. К тому же зависимость коэффициента усиления от регулировочного напряжения не всегда линейна, известна и стабильна. Поэтому такая система практически не используется. За исключением случаев, когда коэффициент регулируемого усилителя не высок. Например, в составе комплексной АРУ.

3. Комплексная АРУ.

В зависимости от режимов работы усилителя и детектора АРУ различают такие виды АРУ как:

1. Простая АРУ: то есть коэффициент усиления усилителя АРУ равен 1, либо усилитель отсутствует, детектор не имеет задержки по напряжению.

2. Усиленная АРУ: то есть коэффициент усиления усилителя АРУ значителен. Это приводит к тому, что зависимость выходного напряжения от входного уменьшается.

3. Усиленно-задержанная АРУ: то есть коэффициент усиления усилителя АРУ значителен. А так же детектор имеет задержку по напряжению, то есть он начинает открываться только если выходное напряжение регулируемого усилителя превысит некий порог.

Характеристики АРУ

1. Регулировочная характеристика усилителя. Это зависимость коэффициента усиления К от регулировочного напряжения U_рег (тока).

Может выглядеть, например, следующим образом. Часто применяется её аппроксимация прямой. Дать понятие крутизны регулировки.

2. Статическая характеристика АРУ.

Это амплитудная характеристика усилителя с АРУ, каждая точка которой соответствует установившемуся режиму регулирования.

Автоматическая регулировка усиления

Автоматическая регулировка усиления, АРУ (англ.  automatic gain control , AGC ) — процесс, при котором выходной сигнал некоторого устройства, как правило электронного усилителя, автоматически поддерживается постоянным по некоторому параметру (например, амплитуде простого сигнала или мощности сложного сигнала), независимо от амплитуды (мощности) входного сигнала. В аппаратуре, использующейся для прослушивания радиовещательного эфира, АРУ также называют устарелым термином автоматическая регулировка громкости (АРГ), а в приёмниках проводной связи — автоматической регулировкой уровня. В импульсных приёмниках (радиолокационных и других) применяют АРУ, учитывающие особенности работы в импульсном режиме.

АРУ применяется для исключения перегрузки выходных каскадов приёмников при больших входных сигналах. Используется в бытовой аппаратуре, в приёмниках спутников связи и т. д. Также, существует ручная регулировка усиления (РРУ), выполняется на пассивных или активных (электронных) радиоэлементах или с помощью аттенюаторов. [1]

Содержание

История создания [ править | править код ]

В 1925 Гарольд Олден Уилер изобрел автоматическую регулировку громкости (АРГ) и получил патент. Карл Кюпфмюллер [en] издал анализ систем АРУ в 1928. [2] К началу 1930-х все бытовые радиоприемники включали автоматическую регулировку громкости. [3]

Классификация [ править | править код ]

Существует три типа АРУ: простая, усиленно-задержанная и просто задержанная. Или по типу сигнала схемы АРУ бывают двух типов:

Также, если искажения сигнала не важны, применяют схему ограничителя.

Устройство [ править | править код ]

Напряжение сигналов, поступающих на вход приёмника, как правило значительно меняется: из-за различия передаваемой мощности передатчиков и расстояний их от места приёма, замираний сигналов при распространении, резкого изменения расстояний и условий приёма между передатчиком и приёмником, установленными на движущихся объектах (самолётах, автомобилях и т. д.), и других причин. Это приводит к недопустимым колебаниям или искажениям сигналов в приёмнике. Система АРУ стремится минимизировать различия напряжения выходного и входного сигнала приёмника. Это осуществляется посредством цепей, которые передают выпрямленное детектором регулирующее напряжение на базы транзисторов, усилителей высокой, промежуточной частоты и преобразователя частоты, которые уменьшают их усиление с увеличением напряжения сигнала на входе и наоборот: происходит компенсация в приёмнике изменений напряжения входных сигналов. Основные параметры систем АРУ:

• Динамический диапазон (дБ) — это глубина изменения входного сигнала (разница между минимальным и максимальным сигналом), при котором ещё выходной сигнал находится в допустимых пределах;
• Время срабатывания АРУ (дБ/с) — отражает скорость реакции АРУ на скачок входного сигнала. Данный параметр равен бесконечности (нулевое время срабатывания) для ограничителя сигнала.

Важным свойством системы АРУ является наличие выхода, показывающего уровень входного сигнала (невозможно сделать для ограничителя).

Схемы АРУ [ править | править код ]

Обратная [ править | править код ]

Эта схема получила такое название, из-за того, что управляющее напряжение (U_упр) подается со стороны выхода в направлении входа РУ. Пропорционально уровню входного сигнала обеспечивается управляющее напряжение, благодаря коэффициенту передачи КД детектора АРУ (ДЕТ): U_упр = КД ⋅ К_упр ⋅ U_вых. Фильтр АРУ (ФНЧ) отфильтровывает составляющие частот модуляции и пропускает медленно меняющиеся составляющие напряжения Uупр. Цепь АРУ называется простой, если она состоит только из детектора и фильтра. В цепь АРУ может включаться усилитель, устанавливаемый после детектора (УПТ).

Прямая [ править | править код ]

Входное напряжение U_вх детектируется, и за счёт этого формируется управляющее напряжение U_упр. Выходное напряжение получается путём умножения U_вх на коэффициент усиления K_o. Таким образом, при увеличении U_вх уменьшается K_o; при этом их произведение может оставаться постоянным, что позволяет реализовать идеальную характеристику АРУ, но практически добиться этого не удается. Прямая схема АРУ имеет некоторые существенные недостатки, один из которых состоит в необходимости включать перед детектором в цепи АРУ дополнительный высокочастотный (ВЧ) усилитель с большим коэффициентом усиления, прямая АРУ также нестабильна, то есть подвержена воздействию различных дестабилизирующих факторов. В связи с этим она нашла ограниченное применение.

Пассивная [ править | править код ]

Пассивные АРУ-устройства, не потребляющие электрическую энергию, то есть не имеющие в своём составе источников тока. Как правило, такие пассивные АРУ выполняются в виде аттенюаторов, каждый из резисторов которого представляет собой термосопротивление (термисторы). С повышением температуры сопротивление увеличивается, что вызывает уменьшение вносимого ослабления аттенюатором. И, наоборот, при понижении температуры окружающей среды ослабление аттенюатора увеличивается.

Автоматическая регулировка уровня записи [ править | править код ]

АРУЗ — автоматическая регулировка уровня записи в устройствах магнитной звукозаписи.

В общем случае АРУЗ выравнивает амплитуду звукового сигнала для записи равномерного и качественного звука.

Автоматическая регулировка уровня записи применяется в съемочной технике и других устройствах магнитной звукозаписи, используемой в видеопроизводстве для предотвращения проблем ручной регулировки уровня записи звука. При ручной регулировке уровня записи звука необходимо постоянно следить за индикатором звука и устанавливать приемлемый уровень записи звука согласно уровню принимаемого звукового сигнала. Это отвлекает от работы с визуальным содержанием кадра. При этом даже при постоянном слежении за индикатором записи звука избежать кратковременных перегрузов или, наоборот, потери звуковой информации не удаётся. Ручное регулирование уровня записи трубет временных затрат, что негативно сказывается на результатах работы.

Понятие о принципах автоматического регулирования

Автоматическое регулирование судовых энергетических установок и автоматическое управление ими позволяют повысить производительность и облегчить условия труда обслуживающего персонала, а также увеличить степень надежности установок и их экономичность.

Автоматическое регулирование обеспечивает поддержание заданного значения контролируемого параметра независимо от изменения условий работы регулируемого объекта (температура и давление охлаждающей воды и масла дизеля, частота вращения дизель-генератора, давление пара вспомогательного котла и т. п.).

Система автоматического регулирования (САР) включает регулятор и регулируемый объект (рис. 135).

Регулируемый объект (объект регулирования) — агрегат, механизм или устройство, в которых протекают процессы, приводящие к изменению регулируемой величины под воздействием внешней нагрузки или перемещения регулирующих органов. Регулируемыми объектами являются дизель, котел, теплообменный аппарат и т. п.

Регулируемая величина — физический показатель, параметр, характеризующий состояние процесса, происходящего в регулируемом объекте. К регулируемым величинам относятся: частота вращения дизеля, температура воды, масла, топлива, давление масла, уровень и вязкость топлива и т. п.

Регулируемый поток — среда, энергия, подводимая к объекту (или отводимая от него), изменением количества которой поддерживается заданное значение регулируемой величины. Например, поддержание требуемой частоты вращения дизель-генератора при изменении нагрузки достигается изменением количества подаваемого в цилиндры дизеля топлива.

Чувствительный элемент (измеритель) измеряет текущее значение регулируемой величины, сравнивает его с заданным и в случае отклонения от заданного значения выдает выходной сигнал, пропорциональный величине отклонения.

Регулирующий орган осуществляет изменение количества регулируемого потока с целью восстановления заданного значения регулируемой величины. Положение регулирующего органа может изменяться за счет энергии, развиваемой измерителем, или за счет энергии от постороннего источника, называемой вспомогательной энергией.

Усилительный элемент (усилитель) служит для управления подводом вспомогательной энергии к исполнительному механизму пропорционально величине и знаку выходного сигнала чувствительного элемента.

Исполнительный механизм управляет положением регулирующего органа по сигналу от усилителя. В качестве исполнительных механизмов применяются различные сервомоторы, в которых потенциальная энергия (давление) рабочей среды преобразуется в механическую энергию.

Задающее устройство (задатчик) устанавливает значение регулируемой величины, которое регулятор должен поддерживать.

Стабилизирующий элемент обеспечивает дополнительную связь между элементами регулятора и служит для повышения его устойчивости.

Совокупность всех элементов САР, за исключением регулируемого объекта, называется регулятором.

В автоматических регуляторах применяются различные принципы регулирования.

Принцип регулирования по отклонению регулируемой величины (принцип Ползунова—Уатта). На рис. 136, а изображен регулятор частоты вращения дизеля. Центробежный маятник (измеритель) с грузами 4 связан с валом 6 двигателя. При изменении, например увеличении, частоты вращения вала грузы 4 расходятся и через скользящую муфту 3 и рычаг (исполнительный механизм) 2 перемещают тягу (регулирующий орган) 1 топливных насосов в сторону уменьшения подачи топлива.Требуемая частота вращения вала двигателя (регулируемый объект) задается жесткостью пружины (задатчиком) 5.

Таким образом, регулятор начинает изменять количество подаваемого топлива тогда, когда частота вращения вала (регулируемая величина) отклонится от заданного значения. Перестановочные усилия регулятора пропорциональны отклонению регулируемой величины.

Принцип регулирования по нагрузке (принцип Понселе). Рассмотрим его на примере регулирования частоты вращения дизель-генератора (рис. 136, б). На обмотку электромагнита 3 подается напряжение от генератора. Образующееся магнитное поле, пропорциональное напряжению и, следовательно, частоте вращения дизель-генератора, втягивает железный сердечник 4, который связан через рычаг 2 с рейкой 1 топливных насосов. Перемещению сердечника противодействует задающая пружина 5, работающая на растяжение. В случае увеличения нагрузки частота вращения дизель-генератора будет уменьшаться. Это приведет к понижению напряжения и, следовательно, к ослаблению магнитного поля катушки 3. Пружина 5 поднимет сердечник 4, который, в свою очередь, переместит топливную рейку 1 в направлении увеличения подачи топлива.

Здесь изменение подачи топлива происходит в зависимости от нагрузки, но сама регулируемая величина (частота вращения) не контролируется и на ее изменение регулятор не реагирует. Это может привести к значительным отклонениям частоты вращения дизель-генератора и вырабатываемого им напряжения. Поэтому принцип регулирования по нагрузке на практике самостоятельно не применяется. Этот принцип обычно используется в сочетании с принципом Ползунова— Уатта, что обеспечивает быстродействие регулятора и высокую точность поддержания регулируемой величины при всех нагрузках. Такие регуляторы называются двухимпульсными.

Принцип регулирования по скорости изменения регулируемой величины (принцип Сименсов). В регуляторе, построенном по такому принципу, регулируемый орган перемещается пропорционально скорости изменения регулируемой величины. Однако само значение регулируемой величины не контролируется, в связи с чем этот принцип самостоятельно не применяется. Он используется вместе с принципом Ползунова—Уатта, что позволяет улучшать качество переходного режима.