自動(dòng)增益控制(AGC)

1、任務(wù)一 自動(dòng)增益控制（AGC）電路任務(wù)引入在調(diào)幅接收機(jī)接收電臺(tái)信號(hào)時(shí)，由于各發(fā)射臺(tái)功率有大有小，發(fā)射臺(tái)離接收機(jī)的距離遠(yuǎn)近不一，無線電波傳播過程中的多徑效應(yīng)和衰落等原因，使接收天線上感生的有用信號(hào)強(qiáng)度相差非常懸殊，而且往往有很大的起伏變化（約為倍），有可能在接收微弱信號(hào)時(shí)造成某些電路（例如檢波器）不能正常工作而丟失信號(hào)，而在接收強(qiáng)信號(hào)時(shí)造成放大電路的阻塞（非線性失真）。為此在接收設(shè)備中幾乎無例外的都必須采用自動(dòng)增益控制電路，用來壓縮有用信號(hào)強(qiáng)度的變化范圍。任務(wù)分析自動(dòng)增益控制（AGC）電路的作用是能根據(jù)輸入信號(hào)的電壓的大小，自動(dòng)調(diào)整放大器的增益，使得放大器的輸出電壓在一定范圍內(nèi)變化。自動(dòng)增益控制

2、（AGC）電路是無線電接收設(shè)備中的重要電路，用來保證接收幅度的穩(wěn)定。它一般由電平檢測(cè)器（峰值檢波電路）、低通濾波器、直流放大器、電壓比較器、控制電壓產(chǎn)生器和可控增益放大器組成。其中可控增益放大器是實(shí)現(xiàn)增益控制的關(guān)鍵。相關(guān)知識(shí)一、自動(dòng)增益控制電路（AGC）的工作原理1AGC的作用自動(dòng)增益控制電路的作用，是在輸入信號(hào)幅度變化很大的情況下，自動(dòng)保持輸出信號(hào)幅度在很小范圍內(nèi)變化的一種自動(dòng)控制電路。2AGC的組成框圖自動(dòng)增益控制電路的組成框圖如圖3-5-2所示。圖3-5-2 自動(dòng)增益控制電路的組成框圖由圖可見，自動(dòng)增益控制電路可以看成由反饋控制器和（控制）對(duì)象兩部分組成，其中反饋控制器由電平檢測(cè)器、低通

3、濾波器、直流放大器、電壓比較器和控制電壓產(chǎn)生器組成，被控對(duì)象是可控增益放大器?？煽卦鲆娣糯笃鞯妮斎胄盘?hào)就是AGC電路的輸入信號(hào)，其輸出信號(hào)，其增益為增益受控制電壓的控制，控制電壓是由電壓比較器產(chǎn)生的誤差電壓經(jīng)控制電壓產(chǎn)生器變換后得到的，增益可寫成或，它是誤差電壓（或控制電壓）的函數(shù)。也可以直接用誤差電壓控制可控增益放大器的增益。3AGC各單元電路的功能與基本工作原理（1）電平檢測(cè)器 電平檢測(cè)器的功能是檢測(cè)出輸出信號(hào)的電平值，通常由振幅檢波器實(shí)現(xiàn)，它的輸出與輸入信號(hào)電平成線性關(guān)系，其輸出電壓為。（2）低通濾波器 環(huán)路中的低通濾波器具有非常重要的作用。由于發(fā)射功率變化、距離遠(yuǎn)近變化、電波傳播衰落等

4、引起信號(hào)強(qiáng)度的變化是自動(dòng)增益控制電路需要進(jìn)行控制的范圍，這些變化比較緩慢，而當(dāng)輸入為調(diào)幅信號(hào)時(shí)，調(diào)幅波的幅值變化是傳遞信息的有用幅值變化這種變化不應(yīng)被自動(dòng)增益控制電路的控制作用減弱或抵消（此現(xiàn)象稱為反調(diào)制），由于兩類信號(hào)的變化頻率不同，就可以恰當(dāng)選擇環(huán)路的頻率響應(yīng)特性，適當(dāng)?shù)剡x擇低通濾波器的傳輸特性，使環(huán)路對(duì)高于某一頻率的調(diào)制信號(hào)的變化無響應(yīng)，而對(duì)低于這一頻率的緩慢變化具有抑制作用。（3）直流放大器 直流放大器將低通濾波器輸出的電平值進(jìn)行放大后送至電壓比較器，由于電平檢測(cè)器輸出的電平信號(hào)的變化頻率很低，例如幾赫左右，所以一般均采用直流放大器進(jìn)行放大。（4）電壓比較器 經(jīng)直流放大器放大后的輸出電

5、壓與給定的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，輸出誤差信號(hào)電壓，當(dāng)電壓比較器增益為時(shí)，服從下列關(guān)系式 （5）控制電壓產(chǎn)生器 控制電壓產(chǎn)生器的功能是將誤差電壓變換為適合可變?cè)鲆娣糯笃餍枰目刂齐妷海@種變換可以是幅度的放大或電壓極性的變換。 為控制電壓產(chǎn)生器的變換系數(shù)。 （6）可控增益放大器 可控增益放大器的功能是在控制電壓作用下能夠改變放大器的增益。 4AGC的工作過程由圖3-5-2可以看出，自動(dòng)增益控制電路是一個(gè)反饋控制系統(tǒng)，其工作過程如下： （1） 當(dāng)輸入信號(hào)較小時(shí)，輸出信號(hào)的幅度也較小，經(jīng)電平檢測(cè)器、低通濾波器、直流放大器的輸出信號(hào)加到電壓比較器上的電壓也比較小。在許多實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合，往往規(guī)定必須大于或等于

6、，而當(dāng)時(shí)，不能改變比較器的輸出電壓，也就不可能產(chǎn)生控制電壓去控制可控增益放大器的增益，相當(dāng)于此時(shí)自動(dòng)增益控制環(huán)路不工作。也就是說，當(dāng)時(shí)，0，在這種情況下，稱為比較器的門限電壓。 （2）當(dāng)輸入信號(hào)振幅增大使輸出信號(hào)的振幅增大時(shí)，相應(yīng)的直流放大器輸出電壓也增大，當(dāng)大于或等于基準(zhǔn)電壓，即當(dāng)時(shí)，比較器的輸出誤差電壓將改變，控制電壓將隨之改變，并控制可控增益放大器的增益，此時(shí)環(huán)路啟動(dòng)，可控增益放大器的增益隨輸出信號(hào)的增大而降低，從而使輸出信號(hào)減??；反之，當(dāng)輸入電壓減小使輸出電壓減小時(shí)，環(huán)路產(chǎn)生的控制信號(hào)將使可控增益放大器的增益增加?？梢?，通過環(huán)路的控制作用，無論輸入電壓增加或減小，輸出信號(hào)電平僅在較小的

7、范圍內(nèi)變化，從而保持在輸入信號(hào)變化的情況下輸出信號(hào)基本穩(wěn)定，達(dá)到自動(dòng)增益控制（AGC）或自動(dòng)電平控制（ALC）的目的。二、AGC的控制特性自動(dòng)增益控制電路（AGC）有簡(jiǎn)單AGC電路和延遲AGC電路，如圖3-5-3所示為無AGC、簡(jiǎn)單AGC、延遲AGC的控制特性曲線圖。要求稍高一點(diǎn)接收機(jī)都要求有延遲AGC。AGC電路的主要性能指標(biāo)有兩個(gè)，一是動(dòng)態(tài)范圍；二是響應(yīng)時(shí)間。圖3-5-3 AGC的控制特性曲線1動(dòng)態(tài)范圍在給定輸出信號(hào)幅值變化的范圍內(nèi)，容許輸入信號(hào)振幅的變化越大，則表明AGC電路的動(dòng)態(tài)范圍越寬，性能越好。AGC電路的輸入動(dòng)態(tài)范圍AGC電路的輸出動(dòng)態(tài)范圍 AGC電路的動(dòng)態(tài)范圍就是輸入動(dòng)態(tài)范圍與

8、輸出動(dòng)態(tài)范圍之比，也稱為放大器的增益控制倍數(shù)，用表示其中，為放大器的最大電壓增益，它一般發(fā)生在輸入信號(hào)為最小時(shí)； 為放大器的最小電壓增益，一般發(fā)生在輸入信號(hào)為最大時(shí)。 可見，要擴(kuò)大AGC電路的控制范圍，就要增大AGC電路的增益控制倍數(shù)，也就是要求AGC電路有較大的增益變化范圍。增加AGC電路控制的級(jí)數(shù)可以擴(kuò)大AGC電路的控制范圍。 一般廣播收音機(jī)的AGC動(dòng)態(tài)范圍指標(biāo)為：輸入信號(hào)強(qiáng)度變化26dB時(shí)，輸出電壓的變化不超過5dB。在高級(jí)通信用接收機(jī)中，輸入信號(hào)強(qiáng)度變化60dB時(shí)，輸出電壓變化不應(yīng)超過6dB，輸入信號(hào)在10V以下時(shí)，AGC不起作用。黑白電視機(jī)輸出電平變化為1.5dB時(shí)，甲級(jí)機(jī)要求輸入電

9、平變化不小于60dB，乙級(jí)機(jī)要求輸入電平變化不小于40dB。 2響應(yīng)時(shí)間 由于AGC電路是用來對(duì)信號(hào)電平變化進(jìn)行控制的閉環(huán)控制系統(tǒng)，因此，要求AGC電路的動(dòng)作必須跟得上電平變化的速度。響應(yīng)時(shí)間短，自然就能夠迅速跟上輸入信號(hào)電平的變化。但是當(dāng)響應(yīng)時(shí)間過短時(shí)，AGC電路將隨著信號(hào)的本身變化而變化（也就是AGC電路的動(dòng)作隨調(diào)制信號(hào)的規(guī)律而變化），這將對(duì)有用信號(hào)產(chǎn)生反調(diào)制作用，從而將導(dǎo)致信號(hào)的失真。因此，需要根據(jù)信號(hào)的性質(zhì)和需要，設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)時(shí)間?？刹捎谜{(diào)節(jié)環(huán)路帶寬，主要是調(diào)節(jié)低通濾波器的帶?砝吹鶻諳煊奔洹屯瞬鞔碓嬌恚螄煊奔湓蕉獺?三、增益控制電路增益控制電路即控制對(duì)象通常是一個(gè)可變?cè)鲆娣糯笃鳌？刂?/p>

10、放大器增益的方法主要有兩類，一類是控制放大器本身的某些參數(shù)來控制放大器的增益；另一類是在放大器級(jí)間插入可控衰減器。1利用控制放大器本身的參數(shù)改變?cè)鲆胬每刂品糯笃鞅旧淼膮?shù)改變?cè)鲆娴姆椒ㄓ卸喾N形式，分別介紹如下： （1）改變發(fā)射極平均電流晶體管放大器的增益取決于晶體管正向傳輸導(dǎo)納，而又與晶體管工作點(diǎn)有關(guān)，改變發(fā)射極平均電流（或集電極平均電流），就可以使隨之改變，從而達(dá)到控制放大器增益的目的。圖3-5-4是晶體管的-特性曲線，如果放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)選在，由圖可見，當(dāng)時(shí)隨的減小而下降，稱為反向 AGC；當(dāng)時(shí)，隨的增加而下降，稱為正向AGC。圖3-5-4 晶體管-特性曲線對(duì)于反向AGC，要求隨著輸入

11、信號(hào)的增強(qiáng)，使放大器工作點(diǎn)電流下降，導(dǎo)致放大器增益降低；對(duì)于正向AGC，則要求隨著輸入信號(hào)的增強(qiáng)，使放大器工作點(diǎn)電流上升，導(dǎo)致放大器增益降低?？刂齐妷?，可以從發(fā)射極注入，也可以從基極注入，如圖3-5-5所示?？刂齐妷旱臉O性取決于晶體管的-特性曲線的下降部分斜率及其線性，特性曲線左邊部分性能好，則采用反向AGC；右邊部分性能好，則采用正向AGC。圖3-5-5a）所示電路中，當(dāng)，放大器增益，因而是反向AGC電路；圖3-5-5b）所示電路中，當(dāng)，放大器增益，因而是正向AGC電路。由于此電路是控制晶體管的基極電流，因而所需的控制電流較小。a) b)圖3-5-5 兩種改變的AGC電路a) 正向AGC電路

12、 b) 反向AGC電路一些設(shè)計(jì)成專供增益控制用的晶體管如2SC398、3DG56、3DG79、3DG9l等，它們都作正向AGC用，這些管子的-曲線右邊的下降部分斜率大，線性好，且在較大的范圍內(nèi)晶體管的集電極損耗仍不會(huì)超過允許值，這些晶體管稱為正向AGC管。用場(chǎng)效應(yīng)晶體管也可以組成可控增益放大電路。由于結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管和增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管的跨導(dǎo)都隨漏極電流而變，所以，場(chǎng)效應(yīng)管都具有反向AGC功能，典型的-關(guān)系曲線如圖3-5-6所示。在電視接收機(jī)中經(jīng)常采用雙柵場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成可控增益高頻放大器，其中柵極加信號(hào)，引入AGC控制電壓，當(dāng)發(fā)生變化時(shí)，將引起改變，從而導(dǎo)致放大器增益發(fā)生變化。圖3-5-6 FET-關(guān)系

13、曲線 （2）改變放大器的負(fù)載 由于放大器的增益與負(fù)載有關(guān)，調(diào)節(jié)也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)放大器增益的控制。例如廣播收音機(jī)中常采用變阻二極管（或稱阻尼二極管）作為混頻級(jí)或中頻放大級(jí)集電極LC回路的一部分，隨著外加控制電壓的增加，使阻尼二極管從反向偏置逐漸變?yōu)檎蚱?，?dǎo)極二極管動(dòng)態(tài)電導(dǎo)增大從而使回路有效值降低，促使放大器增益顯著降低。圖3-5-7為收音機(jī)電路采用阻尼二極管的AGC電路，為阻尼二極管。圖3-5-7 采用阻尼二極管的AGC電路 （3）差分放大器增益控制電路 在集成電路放大器中，常采用差分放大器電路形式，其增益控制一般采用改變電流比、改變恒流源電流，或改變發(fā)射極負(fù)反饋深度的方法來實(shí)現(xiàn)。改變電流分配比

14、的增益電路如圖3-5-8所示。輸入電壓加在晶體管的基極上，放大后的信號(hào)由集電極輸出，增益控制電壓加在和管的基極。當(dāng)基極加入輸入電壓時(shí)，其集電極中產(chǎn)生相應(yīng)的交變電流，據(jù)差分電路性質(zhì)，而和的分配比例取決于控制電壓的大小。若足夠大，使得截止，則電流全部流過，即，和0，此時(shí)放大器將沒有輸出，增益等于零。若減小，導(dǎo)通，中一部分電流流過，產(chǎn)生輸出電壓，此時(shí)放大器具有一定的增益，并且增益將隨的變化而改變。這種電路的最小增益0，最大增益發(fā)生在和0時(shí)，此時(shí)，其中為管的跨導(dǎo)。圖3-5-8 改變電流分配比的增益控制電路 2利用在放大器之間插入電控衰減器的增益控制電路 當(dāng)放大器工作頻率較高時(shí)，對(duì)放大器的增益控制往往不

15、通過直接改變放大器增益的方法來實(shí)現(xiàn)，而是改變接在放大級(jí)之間或接在放大器輸出端由二極管和電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的電控衰減器來控制增益，這樣可使放大器本身工作在理想放大狀態(tài)，避免產(chǎn)生不必要的失真。簡(jiǎn)單的二極管電控衰減器如圖3-5-9所示。a) b)圖3-5-9 簡(jiǎn)單的二極管電控衰減器和PIN二極管a) 二極管電控衰減器 b) PIN二極管 二極管電控衰減器的基本原理是電阻和二極管的動(dòng)態(tài)電阻構(gòu)成一個(gè)分壓器，當(dāng)控制電壓變化時(shí)隨之改變，從而改變了分壓器的分壓比，達(dá)到控制衰減的目的。用二極管構(gòu)成的電控衰減器由于二極管極間電容的影響，使衰減器的頻率特性變差。為減少二極管極間電容的影響，目前廣泛采用極間電容很小的PIN

16、二極管作為增益控制器件。這種二極管的示意圖如圖3-5-9b)所示。它的作用和一般PN結(jié)二極管相同，但在結(jié)構(gòu)上有一定的差別，管子兩邊分別是重?fù)诫s的P型和N型半導(dǎo)體，中間夾著一層本征半導(dǎo)體I層，故稱為PIN二極管。這種二極管在零偏置時(shí)電阻可高達(dá)710 k，偏置電流在零至幾毫安內(nèi)變化時(shí)，PIN管的電阻變化范圍約為10lO k，因而用單級(jí)二極管電控衰減器構(gòu)成的可變?cè)鲆娣糯笃髟鲆孀兓秶蛇_(dá)16dB左右，用三級(jí)電控衰減器構(gòu)成的三級(jí)可變?cè)鲆娣糯笃髟鲆孀兓秶蛇_(dá)35dB。實(shí)驗(yàn)技能與訓(xùn)練 自動(dòng)增益控制AGC1實(shí)驗(yàn)?zāi)康模╨）掌握AGC電路的工作原理（2）掌握AGC主放大器的增益控制范圍2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）比較沒有

17、AGC和有AGC兩種情況下輸出電壓的變化范圍（2）測(cè)量AGC的增蓋控制范圍3實(shí)驗(yàn)原理圖3-5-10所示電路為AGC實(shí)驗(yàn)電路。圖3-5-10 自動(dòng)增益控制（AGC）對(duì)接收機(jī)中AGC的要求是：在接收機(jī)輸入端的信號(hào)超過某一值后，輸出信號(hào)兒乎不再隨輸入信號(hào)的增大而增大。 圖3-5-10是以MC1350作為小信號(hào)選頻放大器并帶有AGC的電路圖，為陶瓷濾波器（中心頻率為4.5），選頻放大器的輸出信號(hào)通過耦合電容連接到輸出插孔J3。同時(shí)，輸出信號(hào)通過檢波二極管進(jìn)入AGC反饋電路。、為檢波負(fù)載，這是一個(gè)簡(jiǎn)單的二極管包絡(luò)檢波器。運(yùn)算放大器為直流放大器，其作用是提高控制靈敏度。檢波負(fù)載的時(shí)間常數(shù)應(yīng)遠(yuǎn)大于調(diào)制信號(hào)（音頻）的一個(gè)周期，以便濾除調(diào)制信號(hào)，避免失真。這樣，控制電壓是正比于載波幅度的。時(shí)間常數(shù)過大也不好，它將跟不上信號(hào)在傳播過程中發(fā)生的隨機(jī)變化。跨接于運(yùn)放的輸出端與反?嗍淙攵說牡縟?是進(jìn)一步濾除控制信號(hào)中的調(diào)制頻率分量，而二極管是對(duì)輸出控制電壓進(jìn)行限幅。提供比較電壓，反相放大器的2、3兩端電位相等（虛短），等于提供的