自动增益控制(AGC)

1、 电子设备往往需要各种类型的控制电路，来改善其性能电子设备往往需要各种类型的控制电路，来改善其性能指标。这些控制电路都是运用反馈的原理，因而可统称为反指标。这些控制电路都是运用反馈的原理，因而可统称为反馈控制电路。馈控制电路。控制电路控制电路自动频率微调电路自动频率微调电路自动增益控制电路自动增益控制电路锁相环路锁相环路8.1.2反馈的分类与判别反馈的分类与判别1、正反馈和负反馈、正反馈和负反馈反馈信号增强了外加净输入信号，使放大电路的反馈信号增强了外加净输入信号，使放大电路的放大倍数提高放大倍数提高 正反馈正反馈反馈信号削弱了外加净输入信号，使放大电路的反馈信号削弱了外加净输入信号，使放大电

2、路的放大倍数降低放大倍数降低 负反馈负反馈负反馈负反馈稳定静态工作点稳定静态工作点.fi.iUUU +- -+.iU .fU反馈极性的判断方法：反馈极性的判断方法：瞬时极性法。瞬时极性法。先假定某一瞬间输入信号的极性，然后按信号先假定某一瞬间输入信号的极性，然后按信号的放大过程，逐级推出输出信号的瞬时极性，最后的放大过程，逐级推出输出信号的瞬时极性，最后根据反馈回输入端的信号对原输入信号的作用，判根据反馈回输入端的信号对原输入信号的作用，判断出反馈的极性。断出反馈的极性。反馈极性的判断反馈极性的判断对分立元件而言，对分立元件而言，C与与B极性相反，极性相反，E与与B极性相同。极性相同。对集成运

3、放而言，对集成运放而言， uO与与uN极性相反，极性相反， uO与与uP极性相同。极性相同。例：用瞬时极性法判断电路中的反馈极性。例：用瞬时极性法判断电路中的反馈极性。 -因为因为差模差模输入电压等输入电压等于于输入输入电压与电压与反馈反馈电压之电压之差，反馈增强了输入电压差，反馈增强了输入电压，所以为，所以为正反馈正反馈。 -反馈信号削弱了输入反馈信号削弱了输入信号，因此为信号，因此为负反馈负反馈。( (a) )正反馈正反馈( (b) )负反馈负反馈综上所述综上所述(1). 反馈信号与外加输入信号的求和方式只对放大反馈信号与外加输入信号的求和方式只对放大电路的输入电阻有影响：串联负反馈使输入

4、电阻增大；电路的输入电阻有影响：串联负反馈使输入电阻增大；并联负反馈使输入电阻减小。并联负反馈使输入电阻减小。(2). 反馈信号在输出端的采样方式只对放大电路的反馈信号在输出端的采样方式只对放大电路的输出电阻有影响：电压负反馈使输出电阻减小；电流负输出电阻有影响：电压负反馈使输出电阻减小；电流负反馈使输出电阻增大。反馈使输出电阻增大。(3). 串联负反馈只增大反馈环路内的输入电阻；电串联负反馈只增大反馈环路内的输入电阻；电流负反馈只增大反馈环路内的输出电阻。流负反馈只增大反馈环路内的输出电阻。(4). 负反馈对输入电阻和输出电阻的影响程度，与负反馈对输入电阻和输出电阻的影响程度，与反馈深度有关

5、。反馈深度有关。电路设计时，引入负反馈的一般原则电路设计时，引入负反馈的一般原则（1）为了稳定静态工作点为了稳定静态工作点，应引入直流负反馈；，应引入直流负反馈；为了改善电路的动态性能为了改善电路的动态性能，应引入交流负反馈。，应引入交流负反馈。AGC 1.目的：目的： 若接收信号几若接收信号几v几几mv变化变化,即信号强弱比为即信号强弱比为10103 310104 4。 变化原因变化原因： 距离不同、电台发射功率不同；距离不同、电台发射功率不同； 移动电台、短波信号衰落，强弱变化相对缓慢。移动电台、短波信号衰落，强弱变化相对缓慢。 因信号强弱变化大，若放大器因信号强弱变化大，若放大器增益增益

6、固定，则造成：固定，则造成：(1)使后级放大器偏离线性区使后级放大器偏离线性区, ,信号失真；信号失真；如：电视信号的同步头被压缩或消去如：电视信号的同步头被压缩或消去, ,使同步失控。严使同步失控。严重时重时, ,产生大信号阻塞产生大信号阻塞(进入截止、饱和区进入截止、饱和区)；(2)增加混频组合频率干扰和非线性；增加混频组合频率干扰和非线性；n 2.对AGC电路的具体要求n (1)增益控制范围大；n 如：电视AGC：2060dB。n (2)保持系统良好的信噪比特性；n (3)控制灵敏度高；n 如：电视AGC：-3dB以内。n (4)控制增益变化时，幅频、群时延特性不变,以减小信号失真；n

7、(5)控制特性受温度影响小。 自动增益控制电路主要用于接收机中，以维持整机输出自动增益控制电路主要用于接收机中，以维持整机输出恒定，几乎不随外来信号的强弱而变化。恒定，几乎不随外来信号的强弱而变化。 高 频 放 大 fs fs 本 地 振 荡 fo 混 频 fofs=fi fi 低 频 放 大 检 波 中 频 放 大 F F 几十V几mV1V左右 自动增益控制电路的作用是，当输入信号电压变化很大自动增益控制电路的作用是，当输入信号电压变化很大时，保持接收机输出电压几乎不变。时，保持接收机输出电压几乎不变。图图12.1.1 具有具有AGC的超外差式接收机方框图的超外差式接收机方框图几十V几mV1

8、V左右AGC检波AGC放大高放AGC延迟线中放检波器输入回路高放变频 当输入信号很弱时，接收机的增益大，控制电路不起作当输入信号很弱时，接收机的增益大，控制电路不起作用。而当输入信号很强时，控制电路进行控制，使接收机的用。而当输入信号很强时，控制电路进行控制，使接收机的增益减小。增益减小。图图12.1.2 简单的简单的AGC特性曲线特性曲线图图12.1.3 延迟式延迟式AGC原理电路原理电路 在二极管上加有一负电压（由负电源分压获得），称为延在二极管上加有一负电压（由负电源分压获得），称为延迟电压。迟电压。图图12.1.4 延迟式延迟式AGC特性曲线特性曲线图图12.1.5 延迟放大式延迟放大

9、式AGC电路方框图电路方框图n 一般广播收音机的一般广播收音机的AGC动态范围指标为：输入信号强度变化动态范围指标为：输入信号强度变化26dB时，时，输出电压的变化不超过输出电压的变化不超过5dB。在高级通信用接收机中，输入信号强度。在高级通信用接收机中，输入信号强度变化变化60dB时，输出电压变化不应超过时，输出电压变化不应超过6dB，输入信号在，输入信号在10V以下时，以下时，AGC不起作用。黑白电视机输出电平变化为不起作用。黑白电视机输出电平变化为1.5dB时，甲级机要求时，甲级机要求输入电平变化不小于输入电平变化不小于60dB，乙级机要求输入电平变化不小于，乙级机要求输入电平变化不小于

10、40dB。n图图3-5-5a）所示电路中，当）所示电路中，当，放大器增益，放大器增益，因而是反向，因而是反向AGC电路；图电路；图3-5-5b）所示电路中，当所示电路中，当，放大器增益，放大器增益，因而是正向，因而是正向AGC电路。由于此电路是控制晶体管电路。由于此电路是控制晶体管的基极电流，因而所需的控制电流较小。的基极电流，因而所需的控制电流较小。nnnna) b)n图图3-5-5 两种改变的两种改变的AGC电路电路na) 正向正向AGC电路电路 b) 反向反向AGC电路电路图图(a)(a)为为反向反向AGC控制，控制，VAGC为为负电压负电压控制过程：控制过程： 输出输出VAGC负向负向

11、ib(ic)G图图(b)(b)为为正向正向AGC控制，控制，VAGC为为正电压输出正电压输出VAGCVAGC正向正向ib(ic)Gib(ic)G带有带有AGC电路的调幅接收机电路的调幅接收机 系统框图系统框图(图图12-2 p316) 振荡器的频率经常由于各种因素的影响而发生变化，偏振荡器的频率经常由于各种因素的影响而发生变化，偏离了预期的数值。这种不稳定对无线电设备的工作显然是不离了预期的数值。这种不稳定对无线电设备的工作显然是不利的。用自动频率微调可以使自激振荡器频率自动锁定到近利的。用自动频率微调可以使自激振荡器频率自动锁定到近似等于预期的标准频率上。似等于预期的标准频率上。图图12.2

12、.1 自动频率微调的原理方框图自动频率微调的原理方框图ffisiff v同步保持范围同步捕捉范围f1f2f3f4 鉴频器即有误差电压输出，通过低通滤波器，只允许直鉴频器即有误差电压输出，通过低通滤波器，只允许直流电压输出，用来控制本振（压控振荡器），使流电压输出，用来控制本振（压控振荡器），使f改变，直改变，直到到fi fi 减小至等于剩余频差为止。减小至等于剩余频差为止。图图12.2.2 调频通信机的调频通信机的AFC系统方框图示例系统方框图示例iiff v图图12.2.3 鉴频特性曲线鉴频特性曲线图图12.3.1 锁相环路的基本方框图锁相环路的基本方框图0)()(ttdVRdv 锁相环路重

13、要概念：当两个振荡信号频率相等时，则它们锁相环路重要概念：当两个振荡信号频率相等时，则它们之间的相位差保持不变；反之，若两个振荡信号的相位差是个恒之间的相位差保持不变；反之，若两个振荡信号的相位差是个恒定值，则它们的频率必然相等。定值，则它们的频率必然相等。0)()(tttddeVR)(t00)(tttd)(t)(ttdd锁相环路与自动频率微调工作过程的比较锁相环路与自动频率微调工作过程的比较VRffffi常数图图12.4.1 基本锁相环路方框图基本锁相环路方框图)cos()(VVVmVtVtv)cos()(RRRmRtVtv 锁相环路（锁相环路（Phase locked loop缩写缩写PL

14、L）是一种相位自）是一种相位自动控制电路，其作用是实现环路输出信号与输入信号之间无误动控制电路，其作用是实现环路输出信号与输入信号之间无误差的频率跟踪，仅存在某一固定的相位差。差的频率跟踪，仅存在某一固定的相位差。 鉴相器是锁相环路中的关键部件。它的形式很多，但在鉴相器是锁相环路中的关键部件。它的形式很多，但在频率合成器中所采用的鉴相器主要有正弦波相位检波器与脉频率合成器中所采用的鉴相器主要有正弦波相位检波器与脉冲取样保持相位比较器两种。分别讨论如下：冲取样保持相位比较器两种。分别讨论如下：图图12.4.15 锁相环路的数学模型（时域）锁相环路的数学模型（时域）图图12.4.15 锁相环路的数

15、学模型（时域）锁相环路的数学模型（时域）(3) 环路锁定后，有一个固定的剩余相位差，即稳态相位差环路锁定后，有一个固定的剩余相位差，即稳态相位差Karcsin)(e图图12.5.3 一阶锁相环路的相图一阶锁相环路的相图3）捕捉带与同步带）捕捉带与同步带 当锁相环路本来处于失锁状态时，由于环路的作用，使当锁相环路本来处于失锁状态时，由于环路的作用，使压控振频率逐渐向标准参考频率靠近，靠近到一定程度后，压控振频率逐渐向标准参考频率靠近，靠近到一定程度后，环路即能进入锁定。这一过程叫做捕捉过程。系统能捕捉的环路即能进入锁定。这一过程叫做捕捉过程。系统能捕捉的最大频率失谐范围称为捕捉带或捕捉范围。最大频率失谐范围称为捕捉带或捕捉范围。 当环路已锁定后，如果由于某种原因引起