التحكم التلقائي في المكسب
التحكم التلقائي في الكسب ( AGC ) هو دائرة تنظيم ردود الفعل ذات الحلقة المغلقة في مكبر أو سلسلة من مكبرات الصوت، والغرض منها هو الحفاظ على سعة إشارة مناسبة عند خرجها، على الرغم من اختلاف سعة الإشارة عند الإدخال. يتم استخدام مستوى إشارة الخرج المتوسط أو الذروة لضبط كسب مكبرات الصوت ديناميكيًا، مما يتيح للدائرة العمل بشكل مرضٍ مع نطاق أكبر من مستويات إشارة الإدخال. يتم استخدامه في معظم أجهزة استقبال الراديو لمعادلة متوسط مستوى الصوت ( الصوت العالي ) لمحطات الراديو المختلفة بسبب الاختلافات في قوة الإشارة المستقبلة ، وكذلك الاختلافات في إشارة راديو محطة واحدة بسبب التلاشي . بدون AGC، سيختلف الصوت المنبعث من جهاز استقبال راديو AM إلى حد كبير من إشارة ضعيفة إلى إشارة قوية؛ يقلل AGC بشكل فعال من مستوى الصوت إذا كانت الإشارة قوية ويرفعه عندما تكون أضعف. في جهاز استقبال نموذجي، تؤخذ إشارة التحكم في ردود الفعل AGC عادةً من مرحلة الكاشف وتطبيقها للتحكم في كسب مراحل مكبر IF أو RF.
كيف يعمل
تنتقل الإشارة المراد التحكم في مكسبها (خرج الكاشف في الراديو) إلى الصمام الثنائي والمكثف ، اللذين ينتجان جهد تيار مستمر يتبع الذروة. يتم تغذية هذا إلى كتل مكسب التردد اللاسلكي لتغيير تحيزها، وبالتالي تغيير مكسبها. تقليديًا، تأتي جميع مراحل التحكم في المكسب قبل اكتشاف الإشارة، ولكن من الممكن أيضًا تحسين التحكم في المكسب عن طريق إضافة مرحلة يتم التحكم في المكسب فيها بعد اكتشاف الإشارة.
أمثلة على حالات الاستخدام
أجهزة استقبال الراديو AM
في عام 1925، اخترع هارولد ألدين ويلر التحكم التلقائي في مستوى الصوت (AVC) وحصل على براءة اختراع. نشر كارل كوبفمولر تحليلاً لأنظمة التحكم التلقائي في مستوى الصوت في عام 1928. [1] بحلول أوائل الثلاثينيات من القرن العشرين، تضمنت معظم أجهزة الاستقبال التجارية الجديدة التحكم التلقائي في مستوى الصوت. [2]
AGC هو انحراف عن الخطية في أجهزة استقبال الراديو AM . [3] بدون AGC، سيكون لجهاز الراديو AM علاقة خطية بين سعة الإشارة وشكل الموجة الصوتية - سعة الصوت ، التي ترتبط بالصوت، تتناسب مع سعة الإشارة اللاسلكية، لأن محتوى المعلومات للإشارة يحمله تغييرات في سعة الموجة الحاملة . إذا لم تكن الدائرة خطية إلى حد ما، فلا يمكن استعادة الإشارة المعدلة بدقة معقولة . ومع ذلك، ستختلف قوة الإشارة المستقبلة على نطاق واسع، اعتمادًا على قوة ومسافة المرسل ، وتوهين مسار الإشارة . تحافظ دائرة AGC على مستوى خرج المستقبل من التقلب كثيرًا عن طريق اكتشاف القوة الكلية للإشارة وضبط مكسب المستقبل تلقائيًا للحفاظ على مستوى الخرج ضمن نطاق مقبول. بالنسبة للإشارة الضعيفة جدًا، تعمل AGC على تشغيل المستقبل عند أقصى مكسب؛ ومع زيادة الإشارة، تقلل AGC المكسب.
من غير المفيد عادةً تقليل مكسب الطرف الأمامي للتردد اللاسلكي لجهاز الاستقبال في الإشارات الأضعف، حيث يمكن أن يؤدي انخفاض المكسب إلى تفاقم نسبة الإشارة إلى الضوضاء والحجب ؛ [4] لذلك ، تقلل العديد من التصميمات المكسب فقط للإشارات الأقوى.
نظرًا لأن ثنائي كاشف AM ينتج جهد تيار مستمر متناسب مع قوة الإشارة، يمكن إرجاع هذا الجهد إلى المراحل السابقة من جهاز الاستقبال لتقليل الكسب. يلزم وجود شبكة مرشح حتى لا تؤثر مكونات الصوت للإشارة بشكل ملحوظ على الكسب؛ وهذا يمنع "ارتفاع التعديل" الذي يزيد من عمق التعديل الفعال للإشارة، مما يؤدي إلى تشويه الصوت. قد تحتوي أجهزة استقبال الاتصالات على أنظمة AVC أكثر تعقيدًا، بما في ذلك مراحل التضخيم الإضافية، وثنائيات كاشف AGC منفصلة، وثوابت زمنية مختلفة لنطاقات البث والموجات القصيرة، وتطبيق مستويات مختلفة من جهد AGC على مراحل مختلفة من جهاز الاستقبال لمنع التشويه والتعديل المتبادل. [5] إن تصميم نظام AVC له تأثير كبير على قابلية استخدام جهاز الاستقبال، وخصائص الضبط، ودقة الصوت، والسلوك عند التحميل الزائد والإشارات القوية. [6]
لا تزال أجهزة استقبال FM، على الرغم من أنها تتضمن مراحل تحديد وأجهزة كشف غير حساسة نسبيًا لتغيرات السعة، تستفيد من AGC لمنع التحميل الزائد على الإشارات القوية.
رادار
إن أحد التطبيقات ذات الصلة للتحكم التلقائي في التداخل هو في أنظمة الرادار ، كطريقة للتغلب على أصداء الازدحام غير المرغوب فيها . وتعتمد هذه الطريقة على حقيقة أن الازدحام الذي يعود يفوق بكثير أصداء الأهداف محل الاهتمام. ويتم ضبط مكسب جهاز الاستقبال تلقائيًا للحفاظ على مستوى ثابت من الازدحام المرئي الإجمالي. وفي حين أن هذا لا يساعد في الكشف عن الأهداف المقنعة بالتداخل المحيط الأقوى، فإنه يساعد في التمييز بين مصادر الأهداف القوية. في الماضي، كان التحكم التلقائي في التداخل الراداري يتم التحكم فيه إلكترونيًا وكان يؤثر على مكسب جهاز الاستقبال الراداري بالكامل. ومع تطور أجهزة الرادار، أصبح التحكم التلقائي في التداخل يتم التحكم فيه بواسطة برامج الكمبيوتر، وكان يؤثر على المكسب بحبيبات أكبر، في خلايا الكشف المحددة. وتستخدم العديد من التدابير المضادة للرادار التحكم التلقائي في التداخل الراداري لخداعه، من خلال "إغراق" الإشارة الحقيقية بشكل فعال باستخدام التزييف، حيث سيعتبر التحكم التلقائي في التداخل الإشارة الأضعف والحقيقية على أنها تداخل نسبة إلى التزييف القوي.
الصوت/الفيديو
يولد شريط الصوت قدرًا معينًا من الضوضاء . إذا كان مستوى الإشارة على الشريط منخفضًا، تكون الضوضاء أكثر وضوحًا، أي أن نسبة الإشارة إلى الضوضاء أقل مما يمكن أن تكون عليه. لإنتاج أقل تسجيل ضوضاء، يجب ضبط مستوى التسجيل على أعلى مستوى ممكن دون أن يكون مرتفعًا لدرجة تقليم الإشارة أو تشويهها . في التسجيل الاحترافي عالي الدقة ، يتم ضبط المستوى يدويًا باستخدام مقياس قراءة الذروة . عندما لا تكون الدقة العالية شرطًا، يمكن ضبط مستوى التسجيل المناسب بواسطة دائرة AGC التي تقلل من المكسب مع زيادة مستوى الإشارة المتوسط. يسمح هذا بإجراء تسجيل قابل للاستخدام حتى للكلام على مسافة ما من ميكروفون مسجل الصوت. تنطبق اعتبارات مماثلة على أجهزة VCR .
من العيوب المحتملة لـ AGC أنه عند تسجيل شيء مثل الموسيقى مع مقاطع هادئة وصاخبة مثل الموسيقى الكلاسيكية، فإن AGC يميل إلى جعل المقاطع الهادئة أعلى والمقاطع الصاخبة أكثر هدوءًا، مما يضغط على النطاق الديناميكي ؛ يمكن أن تكون النتيجة جودة موسيقية منخفضة إذا لم يتم إعادة توسيع الإشارة عند التشغيل، كما هو الحال في نظام الضغط .
تحتوي بعض مسجلات الأشرطة ومشغلات الكاسيت على دوائر AGC. أما تلك المستخدمة في التسجيلات عالية الدقة فلا تحتوي على دوائر AGC بشكل عام.
تستخدم معظم دوائر مسجلات الفيديو سعة نبضة التعتيم الرأسية لتشغيل التحكم التلقائي في التسارع. وتستغل أنظمة التحكم في نسخ الفيديو مثل Macrovision هذه الخاصية، فتقوم بإدخال نبضات حادة في النبضة والتي تتجاهلها معظم أجهزة التلفاز ، ولكنها تتسبب في قيام التحكم التلقائي في التسارع في مسجلات الفيديو بتصحيح زائد وإفساد التسجيل.
فوجاد
جهاز ضبط المكسب الذي يعمل بالصوت [7] أو جهاز ضبط المكسب الذي يعمل بالحجم [8] (vogad) هو نوع من AGC أو ضاغط لتضخيم الميكروفون . يستخدم عادة في أجهزة الإرسال اللاسلكية لمنع الإفراط في التعديل وتقليل النطاق الديناميكي للإشارة مما يسمح بزيادة متوسط القدرة المرسلة. في مجال الاتصالات الهاتفية ، يأخذ هذا الجهاز مجموعة متنوعة من سعات الإدخال وينتج سعة خرج متسقة بشكل عام.
في أبسط أشكاله، يمكن أن يتكون المحدد من زوج من الثنائيات المشبكية المتتالية ، والتي تقوم ببساطة بتحويل سعة الإشارة الزائدة إلى الأرض عندما يتم تجاوز عتبة توصيل الثنائي. سيؤدي هذا النهج ببساطة إلى قطع الجزء العلوي من الإشارات الكبيرة، مما يؤدي إلى مستويات عالية من التشويه.
في حين تُستخدم محددات القطع غالبًا كشكل من أشكال الحماية الأخيرة ضد الإفراط في التعديل ، فإن دائرة Vogad المصممة بشكل صحيح تتحكم بنشاط في مقدار المكسب لتحسين عمق التعديل في الوقت الفعلي. بالإضافة إلى منع الإفراط في التعديل، فإنها تعزز مستوى الإشارات الهادئة بحيث يتم تجنب نقص التعديل أيضًا. يمكن أن يؤدي نقص التعديل إلى ضعف اختراق الإشارة في الظروف الصاخبة، وبالتالي فإن Vogad مهم بشكل خاص لتطبيقات الصوت مثل الهواتف اللاسلكية .
يجب أن تتمتع دائرة Vogad الجيدة بوقت هجوم سريع للغاية ، بحيث لا تتسبب إشارة الصوت العالي الأولية في حدوث اندفاع مفاجئ من التعديل المفرط. في الممارسة العملية، سيكون وقت الهجوم بضعة مللي ثانية، لذلك لا يزال هناك حاجة أحيانًا إلى محدد اقتصاص لالتقاط الإشارة على هذه القمم القصيرة. عادةً ما يتم استخدام وقت اضمحلال أطول بكثير، بحيث لا يتم تعزيز المكسب بسرعة كبيرة أثناء فترات التوقف الطبيعية في الكلام الطبيعي. يؤدي وقت الاضمحلال القصير جدًا إلى ظاهرة " التنفس " حيث يتم تعزيز مستوى الضوضاء الخلفية عند كل فجوة في الكلام. يتم ضبط دوائر Vogad عادةً بحيث لا يتم تعزيز الإشارة بالكامل عند مستويات الإدخال المنخفضة، ولكن بدلاً من ذلك تتبع منحنى تعزيز خطي. يعمل هذا بشكل جيد مع الميكروفونات التي تعمل على إلغاء الضوضاء .
تسجيل الهاتف
يجب على الأجهزة التي تسجل كلا جانبي المحادثة الهاتفية أن تسجل كلاً من الإشارة الكبيرة نسبيًا من المستخدم المحلي والإشارة الأصغر كثيرًا من المستخدم البعيد بمستويات صوت مماثلة. تتضمن بعض أجهزة تسجيل الهاتف التحكم التلقائي في الكسب لإنتاج تسجيلات بجودة مقبولة.
بيولوجي
كما هو الحال مع العديد من المفاهيم الموجودة في الهندسة، فإن التحكم التلقائي في المكسب موجود أيضًا في الأنظمة البيولوجية، وخاصة الأنظمة الحسية. على سبيل المثال، في النظام البصري للفقاريات ، تضبط ديناميكيات الكالسيوم في المستقبلات الضوئية الشبكية المكسب ليناسب مستويات الضوء. علاوة على ذلك في النظام البصري، يُعتقد أن الخلايا في V1 تمنع بشكل متبادل، مما يتسبب في تطبيع الاستجابات للتباين، وهو شكل من أشكال التحكم التلقائي في المكسب. وبالمثل، في النظام السمعي ، تعد الخلايا العصبية الصادرة الزيتونية القوقعية جزءًا من حلقة التحكم في المكسب البيوميكانيكية. [9] [10]
أوقات التعافي
كما هو الحال في جميع أنظمة التحكم الآلي، قد تكون الديناميكيات الزمنية لعملية التحكم الآلي مهمة في العديد من التطبيقات. بعض أنظمة التحكم الآلي بطيئة في الاستجابة للحاجة إلى تغييرات المكسب، في حين أن أنظمة أخرى قد تستجيب بسرعة كبيرة. أحد الأمثلة على التطبيقات التي تتطلب وقت استرداد سريع للتحكم الآلي هو في أجهزة الاستقبال المستخدمة في اتصالات شفرة مورس حيث يكون ما يسمى بعملية الاختراق الكامل أو QSK ضروريًا لتمكين محطات الاستقبال من مقاطعة محطات الإرسال في منتصف الحرف (على سبيل المثال بين إشارات النقطة والشرطة).
انظر أيضا
مراجع
- ^ K. Küpfmüller، “Über die Dynamik der selbsttätigen Verstärkungsregler”، Elektrische Nachrichtentechnik ، المجلد. 5، لا. 11، الصفحات من 459 إلى 467، 1928. (الألمانية) حول ديناميكيات وحدات التحكم التلقائية في الكسب، (الترجمة الإنجليزية)
- ^ تكريمات تذكارية: الأكاديمية الوطنية للهندسة، المجلد 9 (2001) الصفحة 281، تم استرجاعها في 23 أكتوبر 2009
- ^ F. Langford-Smith (محرر)، دليل مصمم الراديوترون، الطبعة الرابعة، RCA، 1953، الفصل 27 القسم 3
- ^ التحكم التلقائي في أجهزة الاستقبال بواسطة Iulian Rosu، VA3IUL
- ^ Langford-Smith 53، الصفحة 1108
- ^ Langford-Smith 53، الفصل 25 صفحة 1229
- ^ Vogad في المعيار الفيدرالي 1037C
- ^ "Roar and Whisper Equalled by Radio Voice Leveler". Popular Mechanics : 236. فبراير 1939.
- ^ DO Kim (1984). "Functional roles of the inner-and-outer-hair-cell subsystems in the cochlea and brainstem". في CI Berlin (المحرر). علم السمع: التطورات الحديثة (PDF) . مطبعة كوليدج هيل. ص 241-262. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2010-07-01 . تم الاسترجاع في 2010-10-13 .
- ^ RF Lyon (1990). "Automatic Gain Control in Cochlear Mechanics". في P. Dallos؛ وآخرون (المحررون). The Mechanics and Biophysics of Hearing (PDF) . Springer-Verlag. ص 395-402.[ رابط ميت دائم ]
