自動增益控制(AGC)

1、 電子設(shè)備往往需要各種類型的控制電路，來改善其性能電子設(shè)備往往需要各種類型的控制電路，來改善其性能指標。這些控制電路都是運用反饋的原理，因而可統(tǒng)稱為反指標。這些控制電路都是運用反饋的原理，因而可統(tǒng)稱為反饋控制電路。饋控制電路?？刂齐娐房刂齐娐纷詣宇l率微調(diào)電路自動頻率微調(diào)電路自動增益控制電路自動增益控制電路鎖相環(huán)路鎖相環(huán)路8.1.2反饋的分類與判別反饋的分類與判別1、正反饋和負反饋、正反饋和負反饋反饋信號增強了外加凈輸入信號，使放大電路的反饋信號增強了外加凈輸入信號，使放大電路的放大倍數(shù)提高放大倍數(shù)提高 正反饋正反饋反饋信號削弱了外加凈輸入信號，使放大電路的反饋信號削弱了外加凈輸入信號，使放大電

2、路的放大倍數(shù)降低放大倍數(shù)降低 負反饋負反饋負反饋負反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點穩(wěn)定靜態(tài)工作點.fi.iUUU +- -+.iU .fU反饋極性的判斷方法：反饋極性的判斷方法：瞬時極性法。瞬時極性法。先假定某一瞬間輸入信號的極性，然后按信號先假定某一瞬間輸入信號的極性，然后按信號的放大過程，逐級推出輸出信號的瞬時極性，最后的放大過程，逐級推出輸出信號的瞬時極性，最后根據(jù)反饋回輸入端的信號對原輸入信號的作用，判根據(jù)反饋回輸入端的信號對原輸入信號的作用，判斷出反饋的極性。斷出反饋的極性。反饋極性的判斷反饋極性的判斷對分立元件而言，對分立元件而言，C與與B極性相反，極性相反，E與與B極性相同。極性相同。對集成運

3、放而言，對集成運放而言， uO與與uN極性相反，極性相反， uO與與uP極性相同。極性相同。例：用瞬時極性法判斷電路中的反饋極性。例：用瞬時極性法判斷電路中的反饋極性。 -因為因為差模差模輸入電壓等輸入電壓等于于輸入輸入電壓與電壓與反饋反饋電壓之電壓之差，反饋增強了輸入電壓差，反饋增強了輸入電壓，所以為，所以為正反饋正反饋。 -反饋信號削弱了輸入反饋信號削弱了輸入信號，因此為信號，因此為負反饋負反饋。( (a) )正反饋正反饋( (b) )負反饋負反饋綜上所述綜上所述(1). 反饋信號與外加輸入信號的求和方式只對放大反饋信號與外加輸入信號的求和方式只對放大電路的輸入電阻有影響：串聯(lián)負反饋使輸入

4、電阻增大；電路的輸入電阻有影響：串聯(lián)負反饋使輸入電阻增大；并聯(lián)負反饋使輸入電阻減小。并聯(lián)負反饋使輸入電阻減小。(2). 反饋信號在輸出端的采樣方式只對放大電路的反饋信號在輸出端的采樣方式只對放大電路的輸出電阻有影響：電壓負反饋使輸出電阻減??；電流負輸出電阻有影響：電壓負反饋使輸出電阻減??；電流負反饋使輸出電阻增大。反饋使輸出電阻增大。(3). 串聯(lián)負反饋只增大反饋環(huán)路內(nèi)的輸入電阻；電串聯(lián)負反饋只增大反饋環(huán)路內(nèi)的輸入電阻；電流負反饋只增大反饋環(huán)路內(nèi)的輸出電阻。流負反饋只增大反饋環(huán)路內(nèi)的輸出電阻。(4). 負反饋對輸入電阻和輸出電阻的影響程度，與負反饋對輸入電阻和輸出電阻的影響程度，與反饋深度有關(guān)

5、。反饋深度有關(guān)。電路設(shè)計時，引入負反饋的一般原則電路設(shè)計時，引入負反饋的一般原則（1）為了穩(wěn)定靜態(tài)工作點為了穩(wěn)定靜態(tài)工作點，應(yīng)引入直流負反饋；，應(yīng)引入直流負反饋；為了改善電路的動態(tài)性能為了改善電路的動態(tài)性能，應(yīng)引入交流負反饋。，應(yīng)引入交流負反饋。AGC 1.目的：目的： 若接收信號幾若接收信號幾v幾幾mv變化變化,即信號強弱比為即信號強弱比為10103 310104 4。 變化原因變化原因： 距離不同、電臺發(fā)射功率不同；距離不同、電臺發(fā)射功率不同； 移動電臺、短波信號衰落，強弱變化相對緩慢。移動電臺、短波信號衰落，強弱變化相對緩慢。 因信號強弱變化大，若放大器因信號強弱變化大，若放大器增益增益

6、固定，則造成：固定，則造成：(1)使后級放大器偏離線性區(qū)使后級放大器偏離線性區(qū), ,信號失真；信號失真；如：電視信號的同步頭被壓縮或消去如：電視信號的同步頭被壓縮或消去, ,使同步失控。嚴使同步失控。嚴重時重時, ,產(chǎn)生大信號阻塞產(chǎn)生大信號阻塞(進入截止、飽和區(qū)進入截止、飽和區(qū))；(2)增加混頻組合頻率干擾和非線性；增加混頻組合頻率干擾和非線性；n 2.對AGC電路的具體要求n (1)增益控制范圍大；n 如：電視AGC：2060dB。n (2)保持系統(tǒng)良好的信噪比特性；n (3)控制靈敏度高；n 如：電視AGC：-3dB以內(nèi)。n (4)控制增益變化時，幅頻、群時延特性不變,以減小信號失真；n

7、(5)控制特性受溫度影響小。 自動增益控制電路主要用于接收機中，以維持整機輸出自動增益控制電路主要用于接收機中，以維持整機輸出恒定，幾乎不隨外來信號的強弱而變化。恒定，幾乎不隨外來信號的強弱而變化。 高 頻 放 大 fs fs 本 地 振 蕩 fo 混 頻 fofs=fi fi 低 頻 放 大 檢 波 中 頻 放 大 F F 幾十V幾mV1V左右 自動增益控制電路的作用是，當輸入信號電壓變化很大自動增益控制電路的作用是，當輸入信號電壓變化很大時，保持接收機輸出電壓幾乎不變。時，保持接收機輸出電壓幾乎不變。圖圖12.1.1 具有具有AGC的超外差式接收機方框圖的超外差式接收機方框圖幾十V幾mV1

8、V左右AGC檢波AGC放大高放AGC延遲線中放檢波器輸入回路高放變頻 當輸入信號很弱時，接收機的增益大，控制電路不起作當輸入信號很弱時，接收機的增益大，控制電路不起作用。而當輸入信號很強時，控制電路進行控制，使接收機的用。而當輸入信號很強時，控制電路進行控制，使接收機的增益減小。增益減小。圖圖12.1.2 簡單的簡單的AGC特性曲線特性曲線圖圖12.1.3 延遲式延遲式AGC原理電路原理電路 在二極管上加有一負電壓（由負電源分壓獲得），稱為延在二極管上加有一負電壓（由負電源分壓獲得），稱為延遲電壓。遲電壓。圖圖12.1.4 延遲式延遲式AGC特性曲線特性曲線圖圖12.1.5 延遲放大式延遲放大

9、式AGC電路方框圖電路方框圖n 一般廣播收音機的一般廣播收音機的AGC動態(tài)范圍指標為：輸入信號強度變化動態(tài)范圍指標為：輸入信號強度變化26dB時，時，輸出電壓的變化不超過輸出電壓的變化不超過5dB。在高級通信用接收機中，輸入信號強度。在高級通信用接收機中，輸入信號強度變化變化60dB時，輸出電壓變化不應(yīng)超過時，輸出電壓變化不應(yīng)超過6dB，輸入信號在，輸入信號在10V以下時，以下時，AGC不起作用。黑白電視機輸出電平變化為不起作用。黑白電視機輸出電平變化為1.5dB時，甲級機要求時，甲級機要求輸入電平變化不小于輸入電平變化不小于60dB，乙級機要求輸入電平變化不小于，乙級機要求輸入電平變化不小于

10、40dB。n圖圖3-5-5a）所示電路中，當）所示電路中，當，放大器增益，放大器增益，因而是反向，因而是反向AGC電路；圖電路；圖3-5-5b）所示電路中，當所示電路中，當，放大器增益，放大器增益，因而是正向，因而是正向AGC電路。由于此電路是控制晶體管電路。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。的基極電流，因而所需的控制電流較小。nnnna) b)n圖圖3-5-5 兩種改變的兩種改變的AGC電路電路na) 正向正向AGC電路電路 b) 反向反向AGC電路電路圖圖(a)(a)為為反向反向AGC控制，控制，VAGC為為負電壓負電壓控制過程：控制過程： 輸出輸出VAGC負向負向

11、ib(ic)G圖圖(b)(b)為為正向正向AGC控制，控制，VAGC為為正電壓輸出正電壓輸出VAGCVAGC正向正向ib(ic)Gib(ic)G帶有帶有AGC電路的調(diào)幅接收機電路的調(diào)幅接收機 系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖(圖圖12-2 p316) 振蕩器的頻率經(jīng)常由于各種因素的影響而發(fā)生變化，偏振蕩器的頻率經(jīng)常由于各種因素的影響而發(fā)生變化，偏離了預(yù)期的數(shù)值。這種不穩(wěn)定對無線電設(shè)備的工作顯然是不離了預(yù)期的數(shù)值。這種不穩(wěn)定對無線電設(shè)備的工作顯然是不利的。用自動頻率微調(diào)可以使自激振蕩器頻率自動鎖定到近利的。用自動頻率微調(diào)可以使自激振蕩器頻率自動鎖定到近似等于預(yù)期的標準頻率上。似等于預(yù)期的標準頻率上。圖圖12.2

12、.1 自動頻率微調(diào)的原理方框圖自動頻率微調(diào)的原理方框圖ffisiff v同步保持范圍同步捕捉范圍f1f2f3f4 鑒頻器即有誤差電壓輸出，通過低通濾波器，只允許直鑒頻器即有誤差電壓輸出，通過低通濾波器，只允許直流電壓輸出，用來控制本振（壓控振蕩器），使流電壓輸出，用來控制本振（壓控振蕩器），使f改變，直改變，直到到fi fi 減小至等于剩余頻差為止。減小至等于剩余頻差為止。圖圖12.2.2 調(diào)頻通信機的調(diào)頻通信機的AFC系統(tǒng)方框圖示例系統(tǒng)方框圖示例iiff v圖圖12.2.3 鑒頻特性曲線鑒頻特性曲線圖圖12.3.1 鎖相環(huán)路的基本方框圖鎖相環(huán)路的基本方框圖0)()(ttdVRdv 鎖相環(huán)路重

13、要概念：當兩個振蕩信號頻率相等時，則它們鎖相環(huán)路重要概念：當兩個振蕩信號頻率相等時，則它們之間的相位差保持不變；反之，若兩個振蕩信號的相位差是個恒之間的相位差保持不變；反之，若兩個振蕩信號的相位差是個恒定值，則它們的頻率必然相等。定值，則它們的頻率必然相等。0)()(tttddeVR)(t00)(tttd)(t)(ttdd鎖相環(huán)路與自動頻率微調(diào)工作過程的比較鎖相環(huán)路與自動頻率微調(diào)工作過程的比較VRffffi常數(shù)圖圖12.4.1 基本鎖相環(huán)路方框圖基本鎖相環(huán)路方框圖)cos()(VVVmVtVtv)cos()(RRRmRtVtv 鎖相環(huán)路（鎖相環(huán)路（Phase locked loop縮寫縮寫PL

14、L）是一種相位自）是一種相位自動控制電路，其作用是實現(xiàn)環(huán)路輸出信號與輸入信號之間無誤動控制電路，其作用是實現(xiàn)環(huán)路輸出信號與輸入信號之間無誤差的頻率跟蹤，僅存在某一固定的相位差。差的頻率跟蹤，僅存在某一固定的相位差。 鑒相器是鎖相環(huán)路中的關(guān)鍵部件。它的形式很多，但在鑒相器是鎖相環(huán)路中的關(guān)鍵部件。它的形式很多，但在頻率合成器中所采用的鑒相器主要有正弦波相位檢波器與脈頻率合成器中所采用的鑒相器主要有正弦波相位檢波器與脈沖取樣保持相位比較器兩種。分別討論如下：沖取樣保持相位比較器兩種。分別討論如下：圖圖12.4.15 鎖相環(huán)路的數(shù)學(xué)模型（時域）鎖相環(huán)路的數(shù)學(xué)模型（時域）圖圖12.4.15 鎖相環(huán)路的數(shù)

15、學(xué)模型（時域）鎖相環(huán)路的數(shù)學(xué)模型（時域）(3) 環(huán)路鎖定后，有一個固定的剩余相位差，即穩(wěn)態(tài)相位差環(huán)路鎖定后，有一個固定的剩余相位差，即穩(wěn)態(tài)相位差Karcsin)(e圖圖12.5.3 一階鎖相環(huán)路的相圖一階鎖相環(huán)路的相圖3）捕捉帶與同步帶）捕捉帶與同步帶 當鎖相環(huán)路本來處于失鎖狀態(tài)時，由于環(huán)路的作用，使當鎖相環(huán)路本來處于失鎖狀態(tài)時，由于環(huán)路的作用，使壓控振頻率逐漸向標準參考頻率靠近，靠近到一定程度后，壓控振頻率逐漸向標準參考頻率靠近，靠近到一定程度后，環(huán)路即能進入鎖定。這一過程叫做捕捉過程。系統(tǒng)能捕捉的環(huán)路即能進入鎖定。這一過程叫做捕捉過程。系統(tǒng)能捕捉的最大頻率失諧范圍稱為捕捉帶或捕捉范圍。最大頻率失諧范圍稱為捕捉帶或捕捉范圍。 當環(huán)路已鎖定后，如果由于某種原因引起