自動增益控制(AGC).docx

1、. .任務(wù)一自動增益控制（ AGC ）電路任務(wù)引入在調(diào)幅接收機(jī)接收電臺信號時，由于各發(fā)射臺功率有大有小，發(fā)射臺離接收機(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強(qiáng)度相差非常懸殊，而且往往有很大的起伏變化（約為z. .倍），有可能在接收微弱信號時造成某些電路（例如檢波器）不能正常工作而丟失信號，而在接收強(qiáng)信號時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增益控制電路，用來壓縮有用信號強(qiáng)度的變化范圍。任務(wù)分析自動增益控制（AGC ）電路的作用是能根據(jù)輸入信號的電壓的大小，自動調(diào)整放大器的增益，使得放大器的輸出電壓在一定范

2、圍內(nèi)變化。自動增益控制（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現(xiàn)增益控制的關(guān)鍵。相關(guān)知識一、自動增益控制電路（AGC）的工作原理1 AGC的作用自動增益控制電路的作用，是在輸入信號幅度變化很大的情況下，自動保持輸出信號幅度在很小范圍內(nèi)變化的一種自動控制電路。2 AGC的組成框圖自動增益控制電路的組成框圖如圖3-5-2 所示。z. .圖 3-5-2自動增益控制電路的組成框圖由圖可見，自動增益控制電路可以看成由反饋控制器和（控制）對象兩部分

3、組成，其中反饋控制器由電平檢測器、低通濾波器、直流放大器、電壓比較器和控制電壓產(chǎn)生器組成，被控對象是可控增益放大器?？煽卦鲆娣糯笃鞯妮斎胄盘柧褪茿GC 電路的輸入信號z. .，其輸出信號，其增益為z. .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z. .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z. .（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。3 AGC各單元電路的功能與基本工作原理z. .（1）電平檢測器電平檢測器的功能是檢測出輸出信號的電平值，通常由振幅檢波器實現(xiàn)，它的輸出與輸入信號電平成線性關(guān)系，其輸出電壓為。（ 2）低通濾波器環(huán)路

4、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、電波傳播衰落等引起信號強(qiáng)度的變化是自動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)幅信號時，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)路對高于某一頻率的調(diào)制信號的變化無響應(yīng)，而對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，由于電平檢測器輸出的電平信號的變化頻率很低， 例如幾

5、赫左右， 所以一般均采用直流放大器進(jìn)行放大。z. .（4）電壓比較器經(jīng)直流放大器放大后的輸出電壓與給定的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，輸出誤差信號電壓，當(dāng)電壓比較器增益為z. .時，服從下列關(guān)系式z. .（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增益放大器需要的控制電壓，這種變換可以是幅度的放大或電壓極性的變換。z. .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。4 AGC的工作過程由圖 3-5-2 可以看出，自動增益控制電路是一個反饋控制系統(tǒng)，其工作過程如下：z. .（ 1 ）當(dāng)輸入信號較小時，輸出信號的幅度也較小

6、，經(jīng)電平檢測器、低通濾波器、直流放大器的輸出信號加到電壓比較器上的電壓z. .也比較小。在許多實際應(yīng)用場合，往往規(guī)定必須大于或等于，而當(dāng)z. .時，不能改變比較器的輸出電壓，也就不可能產(chǎn)z. .生控制電壓去控制可控增益放大器的增益，相當(dāng)于此時自動增益控制環(huán)路不工作。也就是說，當(dāng)時，z. . 0，在這種情況下，稱為比較器的門限電壓。z. .（ 2）當(dāng)輸入信號振幅增大使輸出信號的振幅增大時，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)z. .時，比較器的輸出誤差電壓將改變，控制電壓z. .將隨之改變，并控制可控增益放大器的增益，此時環(huán)路啟動， 可控增益放大器的增益隨輸出信號的增大而降

7、低，從而使輸出信號減??；反之，當(dāng)輸入電壓減小使輸出電壓減小時，環(huán)路產(chǎn)生的控制信號z. .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，輸出信號電平z. .僅在較小的范圍內(nèi)變化，從而保持在輸入信號變化的情況下輸出信號基本穩(wěn)定，達(dá)到自動增益控制（AGC ）或自動電平控制（ALC ）的目的。二、 AGC的控制特性自動增益控制電路（AGC）有簡單AGC電路和延遲AGC電路，如圖3-5-3 所示為無AGC、簡單 AGC、延遲 AGC的控制特性曲線圖。要求稍高一點接收機(jī)都要求有延遲AGC。 AGC電路的主要性能指標(biāo)有兩個，一是動態(tài)范圍；二是響應(yīng)時間。圖 3-5-3 AGC

8、的控制特性曲線1動態(tài)范圍在給定輸出信號幅值變化的范圍內(nèi)，容許輸入信號振幅的變化越大，則表明 AGC電路的動態(tài)范圍越寬，性能越好。z. .AGC電路的輸入動態(tài)范圍AGC電路的輸出動態(tài)范圍z. .z. .AGC電路的動態(tài)范圍就是輸入動態(tài)范圍與輸出動態(tài)范圍之比，也稱為放大器的增益控制倍數(shù)，用表示z. .其中，為放大器的最大電壓增益，它一般發(fā)生在輸入信號為最小時；z. .為放大器的最小電壓增益，一般發(fā)生在輸入信號為最大時?？梢?，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 電路控制的級數(shù)可以擴(kuò)大AGC 電路的控制范圍。一般廣播收音

9、機(jī)的AGC 動態(tài)范圍指標(biāo)為：輸入信號強(qiáng)度變化26dB 時，輸出電壓的變化不超過 5dB。在高級通信用接收機(jī)中，輸入信號強(qiáng)度變化60dB 時，輸出電壓變化不應(yīng)超過6dB，輸入信號在10 V 以下時， AGC 不起作用。黑白電視機(jī)輸出電平變化為1.5dB 時，甲級機(jī)要求輸入電平變化不小于60dB，乙級機(jī)要求輸入電平變化不小于40dB。2響應(yīng)時間由于 AGC 電路是用來對信號電平變化進(jìn)行控制的閉環(huán)控制系統(tǒng)，因此，要求AGC 電路的動作必須跟得上電平變化的速度。 響應(yīng)時間短，自然就能夠迅速跟上輸入信號電平的變化。但是當(dāng)響應(yīng)時間過短時， AGC 電路將隨著信號的本身變化而變化 （也就是 AGC 電路的動

10、作z. .隨調(diào)制信號的規(guī)律而變化），這將對有用信號產(chǎn)生反調(diào)制作用，從而將導(dǎo)致信號的失真。因此，需要根據(jù)信號的性質(zhì)和需要，設(shè)計適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)時間?？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象通常是一個可變增益放大器。控制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間插入可控衰減器。1利用控制放大器本身的參數(shù)改變增益利用控制放大器本身的參數(shù)改變增益的方法有多種形式，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z. .又與晶體管工作點

11、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z. .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-z. .特性曲線，如果放大器的靜態(tài)工作點選在，由圖可見，當(dāng)z. .時隨的減小而下降，稱為反向AGC；當(dāng)z. .時，z. .隨的增加而下降，稱為正向AGC。z. .圖3-5-4晶體管-特性曲線對于反向AGC，要求隨著輸入信號的增強(qiáng)，使放大器工作點電流下降，導(dǎo)致放大器增益降低；對于正向AGC，則要求隨著輸入信號的增強(qiáng)，使放大器工作點電流上升，導(dǎo)致放大器增益降低。z. .控制電壓，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-z. .

12、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) z. .，放大器增益z. .，因而是反向AGC電路；圖 3-5-5b ）所示電路中，當(dāng)z. .，放大器增益z. .，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)z. .圖3-5-5兩種改變的AGC 電路a) 正向 AGC 電路b) 反向 AGC 電路一些設(shè)計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-z. .曲線右邊的下降部分斜

13、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超過允許值，這些晶體管稱為正向AGC管。用場效應(yīng)晶體管也可以組成可控增益放大電路。由于結(jié)型場效應(yīng)管和增強(qiáng)型場效應(yīng)管的跨導(dǎo)都隨漏極電流z. .而變，所以，場效應(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z. .經(jīng)常采用雙柵場效應(yīng)管構(gòu)成可控增益高頻放大器，其中柵極加信號，引入AGC控制電壓，當(dāng)z. .發(fā)生變化時，將引起改變，從而導(dǎo)致放大器增益發(fā)生變化。z. .圖3-5-6FET-關(guān)系曲線（ 2）改變放大器的負(fù)載z. .由于放大器的增益與負(fù)載有關(guān)，調(diào)節(jié)也可以實現(xiàn)對放大器增益的控制。例如廣播收音機(jī)中常采用變阻二極管

14、（或稱阻尼二極管）作為混頻級或中頻放大級集電極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z. .極管動態(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。z. .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現(xiàn)。改變電流分配比的增益電路如圖3-5-8所示。輸入電壓加在晶體管z. .的基極上，放大后的信號由集電極輸出，增益控制電壓z. .加在和管的基極。當(dāng)z. .基極加入輸入電壓時，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)，z. .，而和的分配比例取決于控制電壓z. .的大小。若足夠大，使得截止，則電流全部流過z. .，即，和z. .0，此時放大器將沒有輸出，增益等于零。若減小，導(dǎo)通，z. .中一部分電流流過，產(chǎn)生輸出電壓，此時放大器具有一定的增益，并且增益將z. .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z. .和0時，此時z. .，其中z. .為管的跨導(dǎo)。圖 3-5-8改變電流分配比的增益控制電路z