第8章 反饋控制技術(shù)(1)AGC與AFC電路原理

1、第八章第八章 無線電技術(shù)中的反饋控制電路無線電技術(shù)中的反饋控制電路(2) (2) AGC和和AFC電路原理電路原理8.2 自動增益控制自動增益控制(AGC)電路電路8.2.1 電路的組成、工作原理和性能分析電路的組成、工作原理和性能分析8.2.2 放大器的增益控制放大器的增益控制可控增益電路可控增益電路8.2.3 AGC控制電壓的產(chǎn)生控制電壓的產(chǎn)生電平檢測電路電平檢測電路8.2.4 AGC電路舉例電路舉例8.3 自動頻率控制自動頻率控制(AFC)電路電路8.3.1 AFC電路的組成和基本電路的組成和基本特性特性8.3.2 AFC電路的應用舉例電路的應用舉例作業(yè)：作業(yè)：8.7 8.8 8.1 反

2、饋控制系統(tǒng)的概念反饋控制系統(tǒng)的概念8.1.2 反饋控制系統(tǒng)的組成、工作過程和特點反饋控制系統(tǒng)的組成、工作過程和特點 自動增益控制自動增益控制(AGC)電路、自動頻率控制電路、自動頻率控制(AFC)電路及自電路及自動相位控制動相位控制(APC)電路電路。1.反饋控制系統(tǒng)的工作過程反饋控制系統(tǒng)的工作過程參考信號參考信號r0保持不變，輸保持不變，輸出信號出信號y發(fā)生了變化發(fā)生了變化參考信號參考信號r0發(fā)生了變化發(fā)生了變化 總之，總之，由于反饋控制作用，由于反饋控制作用，較大的參考信號變化和輸出信號變化，較大的參考信號變化和輸出信號變化，只引起小的誤差信號變化。只引起小的誤差信號變化。兩個條件兩個條件

3、:是要反饋信號變化的方向與參考信號變化的方向一致是要反饋信號變化的方向與參考信號變化的方向一致是從誤差信號到反饋信號的整個通路（含可控特性設(shè)備、反饋環(huán)節(jié)是從誤差信號到反饋信號的整個通路（含可控特性設(shè)備、反饋環(huán)節(jié)和比較器）的增益要高和比較器）的增益要高。 2.反饋控制系統(tǒng)的特點反饋控制系統(tǒng)的特點（1）誤差檢測）誤差檢測 可以遠遠小于參考信號與反饋信號間的起始可以遠遠小于參考信號與反饋信號間的起始偏差。利用這個特性，達到兩個目的偏差。利用這個特性，達到兩個目的-保持輸出基本不變或保持輸出基本不變或輸出跟隨參考的變化。反映速度快，精度高。輸出跟隨參考的變化。反映速度快，精度高。（2）系統(tǒng)是根據(jù)誤差信

4、號的變化而進行調(diào)整，不論其變化的）系統(tǒng)是根據(jù)誤差信號的變化而進行調(diào)整，不論其變化的原因。原因。（3）只要合理設(shè)計，就能夠減小誤差信號的變化，但不可能）只要合理設(shè)計，就能夠減小誤差信號的變化，但不可能完全消除誤差的存在。完全消除誤差的存在。l 正向傳遞函數(shù)正向傳遞函數(shù)是指輸出信號是指輸出信號Y(s)與誤差信號與誤差信號E(s)之比。之比。cfAsEsYsT)()()(8.1.98.1.10l 誤差傳遞函數(shù)誤差傳遞函數(shù)是指誤差信號是指誤差信號E(s)與參考信號與參考信號R(s)之比。之比。)(1)()()()()()()()()(sHAAAsTsTsYsEsRsYsRsEsTcpccpfe)()(

5、)()(sHAsEsFsTcop8.1.8l 開環(huán)傳遞函數(shù)開環(huán)傳遞函數(shù)是指反饋信號是指反饋信號F(s)與誤差信號與誤差信號E(s)之比之比l 閉環(huán)傳遞函數(shù)閉環(huán)傳遞函數(shù)是指輸出信號是指輸出信號Y(s)與參考信號與參考信號R(s)之比之比)(1)()()()()(sHAAAAsTsTsRsYsTcpccpcef8.1.78.1.2 反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng) 的基本分析的基本分析 1. 系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及數(shù)學模型系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及數(shù)學模型 自動增益控制電路是某些電子設(shè)備，特別是接收設(shè)備的自動增益控制電路是某些電子設(shè)備，特別是接收設(shè)備的重要的輔助電路之一，其重要的輔助電路之一，其主要作用是使設(shè)備的輸出電平

6、保持主要作用是使設(shè)備的輸出電平保持為一定的數(shù)值為一定的數(shù)值。因此也稱。因此也稱自動電平控制（自動電平控制（ALC）電路）電路。 接收機的輸出電平取決于輸入信號電平和接收機的增接收機的輸出電平取決于輸入信號電平和接收機的增益。由于種種原因，接收機的輸入信號變化范圍往往很大，益。由于種種原因，接收機的輸入信號變化范圍往往很大，微弱時可以是微弱時可以是一微伏一微伏或或幾十微伏幾十微伏，信號強時可達，信號強時可達幾百毫伏幾百毫伏。也就是說最強信號和最弱信號相差可達幾十分貝。這種變化也就是說最強信號和最弱信號相差可達幾十分貝。這種變化范圍叫做接收機的范圍叫做接收機的動態(tài)范圍動態(tài)范圍。8.2 8.2 自動

7、增益控制自動增益控制(AGC)(AGC)電路電路 自動增益控制電路是輸入信號電平變化時，用改變增益自動增益控制電路是輸入信號電平變化時，用改變增益的方法維持輸出信號電平基本不變的一種反饋控制系統(tǒng)。的方法維持輸出信號電平基本不變的一種反饋控制系統(tǒng)。 對自動增益控制電路的主要要求對自動增益控制電路的主要要求: 控制范圍要寬控制范圍要寬，信號信號失真要小失真要小，要有，要有適當?shù)捻憫獣r間適當?shù)捻憫獣r間，同時，同時，不影響接收機的噪不影響接收機的噪聲性能聲性能。若用若用minmaxiiiUUm 代表代表AGC電路輸入信號電平的變化范圍，則電路輸入信號電平的變化范圍，則用用minmaxoooUUm 代表

8、代表AGC電路輸出信號電平允許變化范圍。電路輸出信號電平允許變化范圍。 取取 ng=mi/mo 8.2.1稱稱ng為為增益控制倍數(shù)增益控制倍數(shù)，顯然，顯然ng愈大控制范圍愈寬。愈大控制范圍愈寬。minmaxmaxmaxminminminmaxminmax/AAUUUUUUUUmmnoiioooiioig8.2.2式中，式中，Amax=Uomin/Uimin 表示表示AGC電路的電路的最大增益（對應低電平時）最大增益（對應低電平時） Amin=Uomax/Uimax 表示表示AGC電路的電路的最小增益（對應高電平時）最小增益（對應高電平時） 可見，要想擴大可見，要想擴大AGC電路的控制范圍，就要

9、增大電路的控制范圍，就要增大AGC電路的增益控制倍數(shù)，也就是要求電路的增益控制倍數(shù)，也就是要求AGC電路有較大的增益電路有較大的增益變化范圍。同時要根據(jù)信號的性質(zhì)和需要，設(shè)計適當?shù)淖兓秶?。同時要根據(jù)信號的性質(zhì)和需要，設(shè)計適當?shù)捻戫憫獣r間應時間。8.2.1 AGC8.2.1 AGC電路的組成、工作原理及性能分析電路的組成、工作原理及性能分析 AGC電路的組成如圖電路的組成如圖8.11所示。它包含有可控增益電所示。它包含有可控增益電路、電平檢測電路、濾波器、比較器和控制信號產(chǎn)生器。路、電平檢測電路、濾波器、比較器和控制信號產(chǎn)生器。圖圖8.11 AGC電路組成電路組成 1.電平檢測電路電平檢測電路

10、 電平檢測電路的功能就是電平檢測電路的功能就是檢測出輸出信號的電平值檢測出輸出信號的電平值。它。它的的輸入信號輸入信號就是就是AGC電路的輸出信號，可能是調(diào)幅波或調(diào)頻電路的輸出信號，可能是調(diào)幅波或調(diào)頻波，也可能是聲音信號或圖象信號。這些信號的幅度也是隨波，也可能是聲音信號或圖象信號。這些信號的幅度也是隨時間變化的，但變化頻率較高，至少在幾十赫茲以上。而其時間變化的，但變化頻率較高，至少在幾十赫茲以上。而其輸出輸出則是一個僅僅反映其輸入信號電平的信號，如果其輸入則是一個僅僅反映其輸入信號電平的信號，如果其輸入信號的電平不變，那么電平檢測電路的輸出信號就是一個脈信號的電平不變，那么電平檢測電路的輸

11、出信號就是一個脈動電流。一般情況下，電平信號的變化頻率較低，如幾赫茲動電流。一般情況下，電平信號的變化頻率較低，如幾赫茲左右。通常電平檢測電路是由檢測器擔任，其輸出與輸入信左右。通常電平檢測電路是由檢測器擔任，其輸出與輸入信號電平成號電平成線性關(guān)系線性關(guān)系，即，即 u1=Kduy 8.2.3其復頻域表示式為其復頻域表示式為 U1(s)=KdUy(s) 8.2.4 電平檢測電路根據(jù)控制電壓產(chǎn)生方法的不同，有電平檢測電路根據(jù)控制電壓產(chǎn)生方法的不同，有平均值型平均值型、峰值型峰值型和和選通型選通型。 2.濾波器濾波器 對于以不同頻率變化的電平對于以不同頻率變化的電平信號，濾波器將有不同的傳輸特信號，

12、濾波器將有不同的傳輸特性。用此可以性。用此可以控制控制AGC電路的響電路的響應時間應時間。也就是決定當輸入電平。也就是決定當輸入電平以不同的頻率變化時輸出電平將以不同的頻率變化時輸出電平將怎樣變化。常用的是單節(jié)怎樣變化。常用的是單節(jié)RC積分電路。如圖積分電路。如圖8.12所示。所示。 它的傳輸特性為它的傳輸特性為sRCsUsUsHf11)()()(1圖圖8.12 RC積分電路積分電路8.2.5 3.比較器比較器 將給定的基準電平將給定的基準電平Ur與濾波器輸出的與濾波器輸出的uf進行比較，輸出進行比較，輸出誤差信號為誤差信號為ue。通常。通常ue與與(ur-uf)成正比，所以，比較器特性的成正

13、比，所以，比較器特性的復頻域表示式為復頻域表示式為 Ue(s)=AcpUr(s)-uf(s) 8.2.6其中，其中，Acp為一比例常數(shù)為一比例常數(shù)。 4.控制信號產(chǎn)生器控制信號產(chǎn)生器 控制信號產(chǎn)生器的控制信號產(chǎn)生器的功能功能是將是將誤差信號變換為適于可變增誤差信號變換為適于可變增益電路需要的控制信號益電路需要的控制信號。這種變換通常是。這種變換通常是幅度的放大幅度的放大或或極性極性的變換的變換。有的還設(shè)置一個初始值，以保證輸入信號小于某一。有的還設(shè)置一個初始值，以保證輸入信號小于某一 Up(s)=ApUe(s) 8.2.7 其中，其中，Ap為比例常數(shù)。為比例常數(shù)。 電平時，保持放大器的增益最大

14、。因此，它的特性的復頻域電平時，保持放大器的增益最大。因此，它的特性的復頻域表示式為表示式為5.可控增益電路可控增益電路 可控增益電路能在控制電壓作用下改變增益。可控增益電路能在控制電壓作用下改變增益。要求這個要求這個電路在增益變化時，不使信號產(chǎn)生線性或非線性失真電路在增益變化時，不使信號產(chǎn)生線性或非線性失真。同時。同時要求它的增益變化范圍大，它將直接影響要求它的增益變化范圍大，它將直接影響AGC系統(tǒng)的增益控系統(tǒng)的增益控制倍數(shù)制倍數(shù)ng。所以，可控增益。所以，可控增益電路的性能對整個電路的性能對整個AGC系統(tǒng)系統(tǒng)的技術(shù)指標影響是很大的。的技術(shù)指標影響是很大的。 可控增益電路的增益與控制電壓的關(guān)

15、系一般是非線性可控增益電路的增益與控制電壓的關(guān)系一般是非線性的的。通常最關(guān)心的是。通常最關(guān)心的是AGC系統(tǒng)的穩(wěn)定情況。為簡化分析，假系統(tǒng)的穩(wěn)定情況。為簡化分析，假定它的特性是線性的，即定它的特性是線性的，即 G=Agup 8.2.8其復頻域表示式為其復頻域表示式為 ： up 為為AGC控制電壓控制電壓 G(s)=AgUp(s) 8.2.9 Uo(s)=G(s)Ui(s)=AgUi(s)Up(s)=KgUp(s) 8.2.10 式中，式中，Kg=AgUi，表示，表示Uo與與Up關(guān)系中關(guān)系中的斜率，如圖所示。的斜率，如圖所示。 以上說明了以上說明了AGC電路的組成及各部件電路的組成及各部件的功能。

16、但是，的功能。但是，在實際在實際AGC電路中并不一電路中并不一定都包含這些部分定都包含這些部分。將圖將圖8.2.1改畫成圖改畫成圖8.2.4所示的電路模型所示的電路模型圖中，圖中，Kg即為即為Ac8.2.2 8.2.2 放大器的增益控制放大器的增益控制可控增益電路可控增益電路 可控增益電路是在控制信號作用下改變增益，從而改變可控增益電路是在控制信號作用下改變增益，從而改變輸出信號的電平，達到穩(wěn)定輸出電平的目的。這部分電路通輸出信號的電平，達到穩(wěn)定輸出電平的目的。這部分電路通常是與整個系統(tǒng)共用的，并不是單獨屬于常是與整個系統(tǒng)共用的，并不是單獨屬于AGC系統(tǒng)。例如接系統(tǒng)。例如接收機的收機的高、中頻

17、放大器高、中頻放大器，它既是接收機的信號通道，又是，它既是接收機的信號通道，又是AGC系統(tǒng)的可控增益電路。要求可控增益電路系統(tǒng)的可控增益電路。要求可控增益電路只改變增益而只改變增益而不致使信號失真不致使信號失真。如果單級增益變化范圍不能滿足要求時，。如果單級增益變化范圍不能滿足要求時，還可采用多級控制的方法。還可采用多級控制的方法。 可控增益電路通常是一個可控增益電路通常是一個可變增益放大器可變增益放大器?？刂品糯笃髟鲆娴姆椒ㄖ鳌？刂品糯笃髟鲆娴姆椒ㄖ饕校嚎刂品糯笃鞅旧淼哪承﹨?shù)，或在放大器級間插入要有：控制放大器本身的某些參數(shù)，或在放大器級間插入可控衰減器可控衰減器。 1. 利用控制放大器

18、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 改變發(fā)射極電流改變發(fā)射極電流Ie 正向傳輸導納正向傳輸導納|Yfe|與晶體管的工作與晶體管的工作點有關(guān)，改變發(fā)射極（或集電極電流）就可以使點有關(guān)，改變發(fā)射極（或集電極電流）就可以使|Yfe|隨之改變，隨之改變，從而達到控制放大器增益的目的。從而達到控制放大器增益的目的。 改變放大器的負載改變放大器的負載 放大器的增益與負載放大器的增益與負載YL有關(guān)，調(diào)有關(guān)，調(diào)節(jié)節(jié)YL也可以實現(xiàn)對放大器增益的控制。也可以實現(xiàn)對放大器增益的控制。 改變電流分配比改變電流分配比 利用電流分配法來控制放大器的增利用電流分配法來控制放大器的增益，其優(yōu)點是：放大器的增益

19、受控時，只是改變了益，其優(yōu)點是：放大器的增益受控時，只是改變了VT1和和VT2的的電流分配，對電流分配，對VT3沒有影響。沒有影響。oomIIkTaqg104 改變恒流源電流改變恒流源電流 改變恒流源電流的增益控制電路改變恒流源電流的增益控制電路如圖如圖8.21所示。它是平衡輸入，單端輸出的差分放大電路。所示。它是平衡輸入，單端輸出的差分放大電路。該電路的小信號跨導為該電路的小信號跨導為 2. 利用在放大器級間插入可控衰減器改變增益利用在放大器級間插入可控衰減器改變增益 在放大器各級間插入由二極管和電阻網(wǎng)絡構(gòu)成的在放大器各級間插入由二極管和電阻網(wǎng)絡構(gòu)成的電控衰電控衰減器減器來控制增益，是增益控

20、制的一種較好的方法。來控制增益，是增益控制的一種較好的方法。 簡單的二極管電控衰減器如圖簡單的二極管電控衰減器如圖8.22所示。電阻所示。電阻R和二極和二極管管VD的動態(tài)電阻的動態(tài)電阻rd構(gòu)成一個分壓器。當構(gòu)成一個分壓器。當控制電壓控制電壓up變化時，變化時，rd隨著變化，從而改變分壓器的分壓比。隨著變化，從而改變分壓器的分壓比。圖圖8.22 二極管電控衰減器二極管電控衰減器交流等效電路交流等效電路 圖圖8.23是一種改進電路?？刂齐妷菏且环N改進電路?？刂齐妷簎p通過三極管通過三極管VT來控來控制制VD1、VD2和和VD3 、VD4的動態(tài)電阻。當輸入信號較弱時，的動態(tài)電阻。當輸入信號較弱時，控

21、制電壓控制電壓up的（負壓較?。┲递^小，晶體管的（負壓較?。┲递^小，晶體管VT的電流較大，的電流較大，流過流過VD1VD4的電流也比較大，其動態(tài)電阻的電流也比較大，其動態(tài)電阻rd小，因而信號小，因而信號ui從四只二極管通過時的衰減很小。當輸入信號增大時，從四只二極管通過時的衰減很小。當輸入信號增大時，up的值增大，的值增大，VT和和VD1VD4的電流的電流減小，減小，rd增大，使信號受到較大的增大，使信號受到較大的衰減?？刂七^程如下：衰減。控制過程如下：串聯(lián)式二極管衰減器串聯(lián)式二極管衰減器Ui大大Vp大（大（b點電位點電位低）低）VcVc高高電流小電流小r rd d大大衰減大衰減大輸出小輸出小

22、 圖圖8.25是用是用PIN管作為增益控制器件的典型電路。圖中管作為增益控制器件的典型電路。圖中VT1是共發(fā)射極電路，它直接耦合到下一級的基極；是共發(fā)射極電路，它直接耦合到下一級的基極；VT2是射是射極跟隨器，放大后的信號由發(fā)射極輸出，同時有一部分由反極跟隨器，放大后的信號由發(fā)射極輸出，同時有一部分由反饋電阻饋電阻Rf反饋到反饋到VT1的基極，反饋深度可通過的基極，反饋深度可通過Rf調(diào)整。因為調(diào)整。因為反饋電壓與輸入電壓并聯(lián)，所以是電壓并聯(lián)負反饋。反饋電壓與輸入電壓并聯(lián)，所以是電壓并聯(lián)負反饋。圖圖8.25 用用PIN管作為電控衰減器的放大電路管作為電控衰減器的放大電路輸入大輸入大 Up小小PI

23、N內(nèi)阻大內(nèi)阻大衰減大衰減大輸出小輸出小控制過程如下：控制過程如下：8.2.3 AGC8.2.3 AGC控制電壓的產(chǎn)生控制電壓的產(chǎn)生電平檢測電路電平檢測電路 AGC控制電壓是由電平檢測電路形成的，電平檢測電路控制電壓是由電平檢測電路形成的，電平檢測電路的功能是從系統(tǒng)輸出信號中取出電平信息。通常要求其輸出的功能是從系統(tǒng)輸出信號中取出電平信息。通常要求其輸出應與信號電平成比例。應與信號電平成比例。 按照控制電壓產(chǎn)生方法的不同，電壓檢測電路有按照控制電壓產(chǎn)生方法的不同，電壓檢測電路有平均值平均值型型、峰值型峰值型和和選通型選通型三種。三種。 1. 平均值型平均值型AGC電路電路 平均值型平均值型AGC

24、電路適應于電路適應于被控信號中含有一個被控信號中含有一個不隨有用不隨有用信號變化信號變化的平均值的情況的平均值的情況。調(diào)幅接收機的自動增益控制廣泛。調(diào)幅接收機的自動增益控制廣泛采用這種電路。采用這種電路。圖圖8.26 平均值型電平檢測電路平均值型電平檢測電路 圖圖8.26是一種常用的等效電路，是一種常用的等效電路，二極管二極管VD和和R1、R2、C1、C2構(gòu)成一個檢波器構(gòu)成一個檢波器，中頻輸出信號，中頻輸出信號uo經(jīng)檢波后，除了得經(jīng)檢波后，除了得到音頻信號之外，還有一個平均直流分量到音頻信號之外，還有一個平均直流分量up，它的大小和中，它的大小和中頻載波電平成正比，與信號的調(diào)幅度無關(guān)，這個電壓

25、就可以頻載波電平成正比，與信號的調(diào)幅度無關(guān)，這個電壓就可以用做用做AGC控制電壓?？刂齐妷?。Rp、Cp組成一個低通濾波器。把檢波后組成一個低通濾波器。把檢波后的音頻分量濾掉，使控制電平的音頻分量濾掉，使控制電平up不受音頻信號的影響。不受音頻信號的影響。 為了減小反調(diào)制作用所產(chǎn)生的失真，時間常數(shù)為了減小反調(diào)制作用所產(chǎn)生的失真，時間常數(shù)p=RpCp(足夠大但不能太大，太大了跟不上信號的變化足夠大但不能太大，太大了跟不上信號的變化)應根據(jù)調(diào)制應根據(jù)調(diào)制信號的最低頻率信號的最低頻率FL來選擇。其數(shù)值可以用下式來計算：來選擇。其數(shù)值可以用下式來計算：pLRF2105pC8.2.26（反調(diào)制反調(diào)制-p太

26、小，則控制電壓將會跟隨調(diào)制信號變化，使輸出音頻信號受到太小，則控制電壓將會跟隨調(diào)制信號變化，使輸出音頻信號受到附加的調(diào)制。相對來說，低頻比高頻更容易受到反調(diào)制。附加的調(diào)制。相對來說，低頻比高頻更容易受到反調(diào)制。） 2. 峰值型峰值型AGC電路電路 峰值型峰值型AGC電路適應于被控信號中含有一個電路適應于被控信號中含有一個不隨有用信不隨有用信號變化號變化的峰值的情況。的峰值的情況。 峰值型峰值型AGC檢波電路不能和圖象信號的檢波共用一個檢檢波電路不能和圖象信號的檢波共用一個檢波器。必須另外設(shè)置一個峰值檢波器。圖波器。必須另外設(shè)置一個峰值檢波器。圖8.28就是這種檢波就是這種檢波器的電路（器的電路

27、（電視機中電視機中AGC采用采用）。）。圖圖8.28 峰值型電平檢測電路及其波形峰值型電平檢測電路及其波形要求充電時要求充電時間小，放電間小，放電時間大，時間大，C1小小R1大大。 峰值型峰值型AGC電路具有一些電路具有一些優(yōu)點優(yōu)點：1、輸出的、輸出的AGC控制電壓大。控制電壓大。2、較好的抗干擾能力（幅度小于同步信號的干擾）、較好的抗干擾能力（幅度小于同步信號的干擾） 缺點缺點： 干擾幅度大于同步信號干擾幅度大于同步信號，而且混入的時間較長，那么，而且混入的時間較長，那么，它對它對AGC電路就會產(chǎn)生危害。因此，這種電路的抗干擾性能電路就會產(chǎn)生危害。因此，這種電路的抗干擾性能還不夠理想。還不夠

28、理想。 3. 選通型選通型AGC電路電路u 選通型選通型AGC電路具有更強的抗干擾能力，多用于高質(zhì)電路具有更強的抗干擾能力，多用于高質(zhì) 量量 的的電視接收機電視接收機和某些和某些雷達接收機雷達接收機。u 它的基本思想是它的基本思想是只在反映信號電平的時間范圍內(nèi)對信號只在反映信號電平的時間范圍內(nèi)對信號 取樣，然后利用這些取樣值形成反應信號的電平取樣，然后利用這些取樣值形成反應信號的電平。u 優(yōu)點優(yōu)點：在取樣時間范圍外的干擾都不會對電平值產(chǎn)生影：在取樣時間范圍外的干擾都不會對電平值產(chǎn)生影響，從而大大提高了電路的響，從而大大提高了電路的抗干擾抗干擾能力能力.u 使用使用 的前提條件的前提條件：首先是

29、信號本身要：首先是信號本身要（1）周期性出）周期性出現(xiàn)，現(xiàn)，在信號出現(xiàn)的時間內(nèi)信號的幅度能反映信號的電平；其次是要在信號出現(xiàn)的時間內(nèi)信號的幅度能反映信號的電平；其次是要提供與上述信號出現(xiàn)時間相對應的（提供與上述信號出現(xiàn)時間相對應的（2）選通信號選通信號，這個選通，這個選通信號可由信號可由AGC系統(tǒng)（系統(tǒng)（3）內(nèi)部產(chǎn)生，也可由外部提供內(nèi)部產(chǎn)生，也可由外部提供。8.2.4 AGC8.2.4 AGC電路舉例電路舉例 圖圖8.30是一種簡單的延遲是一種簡單的延遲AGC電路。電路有兩個檢波器電路。電路有兩個檢波器,一個是信號檢波器一個是信號檢波器S，另一個是另一個是AGC的電平檢測電路的電平檢測電路A。

30、它。它們的主要區(qū)別在于后者的檢波二極管們的主要區(qū)別在于后者的檢波二極管VD2上加有延遲電壓上加有延遲電壓Vd.這樣，這樣，只有當輸出電壓只有當輸出電壓uo的幅度大于的幅度大于Vd時，時，VD2才開始檢波才開始檢波,產(chǎn)生控制電壓產(chǎn)生控制電壓up。圖圖8.30 延遲延遲AGC電路電路( 可控增益電路可控增益電路 ) AFC電路也是一種反饋控制電路。它與電路也是一種反饋控制電路。它與AGC電電路的區(qū)別在于路的區(qū)別在于控制對象控制對象不同，不同，AGC電路的控制對象電路的控制對象是是電平信號電平信號，而，而AFC電路的控制對象則是電路的控制對象則是信號的頻信號的頻率率。其主要作用是。其主要作用是自動控

31、制振蕩器的振蕩頻率自動控制振蕩器的振蕩頻率。8.3 8.3 自動頻率控制（自動頻率控制（AFCAFC）電路）電路8.3.1 AFC8.3.1 AFC電路的組成和基本特性電路的組成和基本特性 1. AFC電路的組成電路的組成 AFC電路的框圖如圖電路的框圖如圖8.31所示需要注意的是在反饋環(huán)路所示需要注意的是在反饋環(huán)路中傳遞的是頻率信息，誤差信號正比于參考頻率與輸出頻率中傳遞的是頻率信息，誤差信號正比于參考頻率與輸出頻率之差，控制對象是輸出頻率。不同于之差，控制對象是輸出頻率。不同于AGC電路在環(huán)路中產(chǎn)生電路在環(huán)路中產(chǎn)生的電平信息，誤差信號正比于參考電平與反饋電平之差，控的電平信息，誤差信號正比

32、于參考電平與反饋電平之差，控制對象是輸出電平。因此研究制對象是輸出電平。因此研究AFC電路應著眼于電路應著眼于頻率頻率。 圖圖8.31 AFC電路方框圖電路方框圖 頻率比較器頻率比較器 加到頻率比較器的信號，一是參考信號，一是反饋信號加到頻率比較器的信號，一是參考信號，一是反饋信號,它的輸出電壓它的輸出電壓ue與這兩個信號的頻率差有關(guān)，而與這兩個信與這兩個信號的頻率差有關(guān)，而與這兩個信號的幅度無關(guān)，稱號的幅度無關(guān)，稱ue為誤差信號。為誤差信號。 ue=Acp(r-o) 8.3.1式中，式中，Acp在一定的頻率范圍內(nèi)為常數(shù)，實際上是鑒頻跨導。在一定的頻率范圍內(nèi)為常數(shù)，實際上是鑒頻跨導。圖圖8.3

33、2 混頻混頻-鑒頻型頻率比較器框圖及其特性鑒頻型頻率比較器框圖及其特性 可控頻率電路可控頻率電路 可控頻率電路是在控制信號可控頻率電路是在控制信號uc的的作用下，用以改變輸出信號頻率的裝作用下，用以改變輸出信號頻率的裝置。顯然，它是一個置。顯然，它是一個電壓控制的振蕩電壓控制的振蕩器器，其典型特性如圖，其典型特性如圖8.33所示。一般所示。一般這個特性也是非線性的，但在一定的這個特性也是非線性的，但在一定的范圍內(nèi)如范圍內(nèi)如CD段可近似表示為線性關(guān)系段可近似表示為線性關(guān)系 圖圖8.33 可控頻率電路的控制特性可控頻率電路的控制特性00occoyuA8.3.2 式中式中Ac為常數(shù)，實際是為常數(shù)，實

34、際是壓控靈敏度壓控靈敏度。這一特性稱之為控。這一特性稱之為控制特性。制特性。 濾波器濾波器 這里也是一個低通濾波器。根據(jù)頻率比較器的原理，誤這里也是一個低通濾波器。根據(jù)頻率比較器的原理，誤差信號差信號ue的大小與極性反映了（的大小與極性反映了（r-o）=的大小與極的大小與極性，而性，而ue的的頻率則反映了頻率差的的頻率則反映了頻率差隨時間變化的快慢。隨時間變化的快慢。因此，濾波器的作用是限制反饋環(huán)路中流通的頻率差的變化因此，濾波器的作用是限制反饋環(huán)路中流通的頻率差的變化頻率，只允許頻率差較慢的變化信號通過實施反饋控制，而頻率，只允許頻率差較慢的變化信號通過實施反饋控制，而濾除頻率差較快的變化信

35、號使之不產(chǎn)生反饋控制作用。濾除頻率差較快的變化信號使之不產(chǎn)生反饋控制作用。 在圖在圖8.31中濾波器的傳遞函數(shù)為中濾波器的傳遞函數(shù)為)()()(sUsUsHec8.3.3當濾波器為單節(jié)當濾波器為單節(jié)RC積分電路時積分電路時RCssH11)(8.3.4當誤差信號當誤差信號ue是慢變化的電壓時，這個濾波器的傳遞函數(shù)可是慢變化的電壓時，這個濾波器的傳遞函數(shù)可以認為是以認為是1。 另外，另外，頻率比較器和可控頻率電路都是慣性器件，即誤頻率比較器和可控頻率電路都是慣性器件，即誤差信號的輸出相對于頻率信號的輸入有一定的延時差信號的輸出相對于頻率信號的輸入有一定的延時。這種延。這種延時的作用一并考慮在低通濾

36、波器之中。時的作用一并考慮在低通濾波器之中。 2. AFC電路基本特性的分析電路基本特性的分析 在了解各部件功能的基礎(chǔ)上，就可分析在了解各部件功能的基礎(chǔ)上，就可分析AFC電路的基本電路的基本特性了?？梢杂媒馕龇?，也可以用圖解法，這里我們用圖解特性了?？梢杂媒馕龇?，也可以用圖解法，這里我們用圖解法進行分析。法進行分析。 因為我們感興趣的是穩(wěn)態(tài)情況，不討論反饋控制過程，因為我們感興趣的是穩(wěn)態(tài)情況，不討論反饋控制過程，所以，可認為所以，可認為濾波器的傳遞函數(shù)為濾波器的傳遞函數(shù)為 1，這樣，這樣AFC的方框圖如的方框圖如圖圖8.34(a)所示。這樣所示。這樣 uc=ue，r0=y0 ，=r0-y鑒頻特

37、性鑒頻特性壓控特性壓控特性AFC電路框圖電路框圖ue=Acp()=Acuc AFC電路的數(shù)學模型電路的數(shù)學模型 當濾波器當濾波器的傳遞函數(shù)的傳遞函數(shù)為為1時，可以時，可以簡化電路模型簡化電路模型圖圖8.35 AFC電路的工作特性電路的工作特性l 在在AFC電路處于電路處于平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)時，應是這兩個部件特性方時，應是這兩個部件特性方程的聯(lián)立解。圖解法則是將這兩個特性曲線畫在同一坐標程的聯(lián)立解。圖解法則是將這兩個特性曲線畫在同一坐標軸上，找出兩條曲線的交點，即為平衡點。如圖軸上，找出兩條曲線的交點，即為平衡點。如圖8.35所示。所示。l 和所有的反饋控制系統(tǒng)一樣，系統(tǒng)和所有的反饋控制系統(tǒng)一樣，

38、系統(tǒng)穩(wěn)定后所具有的狀穩(wěn)定后所具有的狀態(tài)與系統(tǒng)的初始狀態(tài)有關(guān)態(tài)與系統(tǒng)的初始狀態(tài)有關(guān)。l AFC電路對應于不同的初始頻差電路對應于不同的初始頻差，將有不同的剩余，將有不同的剩余頻差頻差e；當初始頻差；當初始頻差一定時，鑒頻特性越陡，或控制一定時，鑒頻特性越陡，或控制特性越平，則平衡點特性越平，則平衡點M越趨近于坐標原點，剩余頻差就越越趨近于坐標原點，剩余頻差就越小。小。設(shè)初始頻差設(shè)初始頻差=0，即，即0=o0=ro，輸出頻率就是標，輸出頻率就是標準頻率，控制特性如圖準頻率，控制特性如圖8.35中中線所示，它與鑒頻特性的交線所示，它與鑒頻特性的交點就在坐標原點。初始頻差為點就在坐標原點。初始頻差為零

39、，剩余頻差也為零。零，剩余頻差也為零。初始頻差初始頻差=1如如“控制特控制特性性”線所示，它代表可控頻率線所示，它代表可控頻率電路未加控制電壓，振蕩角頻電路未加控制電壓，振蕩角頻率偏離率偏離o0時的控制特性。它與時的控制特性。它與鑒頻特性的交點鑒頻特性的交點M0就是穩(wěn)定平就是穩(wěn)定平衡點，對應的衡點，對應的e就是剩余頻差。就是剩余頻差。振蕩角頻率誤差由振蕩角頻率誤差由1減小到減小到e，顯然，顯然e 1。鑒頻特性。鑒頻特性越陡，控制特性越平，越陡，控制特性越平，e就越就越小。小。圖圖8.35 AFC電路的工作特性電路的工作特性 初始角頻率由小增大時，平衡點所對應的剩余角頻差也初始角頻率由小增大時，

40、平衡點所對應的剩余角頻差也相應地由小增大。當初始角頻差為相應地由小增大。當初始角頻差為2時，時，鑒頻特性與控制鑒頻特性與控制特性出現(xiàn)特性出現(xiàn)3個交點個交點，分別用，分別用M、P、N表示。其中表示。其中M和和N是穩(wěn)是穩(wěn)定點定點，而，而P點則是不穩(wěn)定點點則是不穩(wěn)定點。問題是在兩個穩(wěn)定平衡點中應。問題是在兩個穩(wěn)定平衡點中應穩(wěn)定在哪個平衡點上。穩(wěn)定在哪個平衡點上。u 如果如果環(huán)路原先是環(huán)路原先是鎖定鎖定的，若工作在的，若工作在M點點上，由于外因的影響使起始角頻差增大到上，由于外因的影響使起始角頻差增大到2，在增大過程中環(huán)路來得及調(diào)整，則環(huán)，在增大過程中環(huán)路來得及調(diào)整，則環(huán)路就穩(wěn)定在路就穩(wěn)定在M點上；點

41、上；u 如果如果環(huán)路原先是環(huán)路原先是失鎖失鎖的，那么必先進入的，那么必先進入N點，并在點，并在N點穩(wěn)定下來，而不再轉(zhuǎn)移到點穩(wěn)定下來，而不再轉(zhuǎn)移到M點。點。剩余角頻差接近于起始角頻差，此時環(huán)路已剩余角頻差接近于起始角頻差，此時環(huán)路已失去了自動調(diào)節(jié)作用。失去了自動調(diào)節(jié)作用。 若環(huán)路原先是鎖定的若環(huán)路原先是鎖定的，增大到增大到=H時，控制特性與鑒頻特性的時，控制特性與鑒頻特性的外部相切于外部相切于MH點，點，再繼續(xù)增大，就不會有交點了，這表明再繼續(xù)增大，就不會有交點了，這表明H是環(huán)路是環(huán)路能夠維持鎖定的最大初始頻差。通常將能夠維持鎖定的最大初始頻差。通常將2H稱為環(huán)路的稱為環(huán)路的同步帶同步帶或或跟蹤

42、帶跟蹤帶，而將跟得上而將跟得上變化的過程稱為變化的過程稱為跟蹤過程跟蹤過程。 若環(huán)路原先是失鎖的若環(huán)路原先是失鎖的，當初始頻差變小，當，當初始頻差變小，當= H時環(huán)路首先穩(wěn)定時環(huán)路首先穩(wěn)定在在NH點，而不會轉(zhuǎn)移到點，而不會轉(zhuǎn)移到MH點，這時環(huán)路相當于失鎖。只有當初始頻差繼點，這時環(huán)路相當于失鎖。只有當初始頻差繼續(xù)減小到續(xù)減小到p時，控制特性與鑒頻特性相切于時，控制特性與鑒頻特性相切于Np，相交于，相交于Mp點，環(huán)點，環(huán)路由路由Np點轉(zhuǎn)移到點轉(zhuǎn)移到Mp點穩(wěn)定下來，這就表明點穩(wěn)定下來，這就表明p是從失鎖到穩(wěn)定的最大初是從失鎖到穩(wěn)定的最大初始角頻差，通常將始角頻差，通常將2 p稱為環(huán)路的捕捉帶，而將

43、失鎖到鎖定的過程稱為稱為環(huán)路的捕捉帶，而將失鎖到鎖定的過程稱為捕捉過程。顯然，捕捉過程。顯然， p H8.3.2 AFC8.3.2 AFC電路的應用舉例電路的應用舉例1.自動頻率微調(diào)電路自動頻率微調(diào)電路 因為超外差接收機的增益因為超外差接收機的增益與選擇性主要由中頻放大器決與選擇性主要由中頻放大器決定，這就要求中頻頻率很穩(wěn)定。定，這就要求中頻頻率很穩(wěn)定。 通常，外來信號的頻率穩(wěn)通常，外來信號的頻率穩(wěn)定度較高，而本地振蕩器的穩(wěn)定度較高，而本地振蕩器的穩(wěn)定度較低。為了保持中頻頻率定度較低。為了保持中頻頻率的穩(wěn)定，在較好的接收機中往的穩(wěn)定，在較好的接收機中往往加入往加入AFC電路。電路。圖圖8.36

44、 調(diào)幅接收機中調(diào)幅接收機中AFC電路的組成方框圖電路的組成方框圖 調(diào)幅接收機的自動頻率微調(diào)電調(diào)幅接收機的自動頻率微調(diào)電路如圖路如圖8.36所示。載波頻率為所示。載波頻率為fS，本地頻率為本地頻率為fL，混頻器輸出的中頻就是，混頻器輸出的中頻就是fI=fL-fS。當本振頻率偏移。當本振頻率偏移+fL。本振頻率變成本振頻率變成fL+fL，混頻后中頻也偏移，為，混頻后中頻也偏移，為fI+fL。經(jīng)鑒頻器鑒頻，輸。經(jīng)鑒頻器鑒頻，輸出相應的控制電壓，經(jīng)低通濾波器去控制壓控振蕩器，使壓控振蕩器的頻出相應的控制電壓，經(jīng)低通濾波器去控制壓控振蕩器，使壓控振蕩器的頻率降低，從而使中頻頻率減小，達到了穩(wěn)定中頻的目的

45、。率降低，從而使中頻頻率減小，達到了穩(wěn)定中頻的目的。圖圖8.37 調(diào)頻接收機自動頻率微調(diào)系統(tǒng)調(diào)頻接收機自動頻率微調(diào)系統(tǒng) 必須注意，在這種必須注意，在這種AFC環(huán)境中，環(huán)境中，低通濾波器的帶寬應足低通濾波器的帶寬應足夠窄夠窄，一般小于，一般小于幾十赫茲幾十赫茲，要求能濾除調(diào)制頻率分量，使加，要求能濾除調(diào)制頻率分量，使加到調(diào)頻振蕩器的控制電壓僅僅是反映調(diào)頻信號到調(diào)頻振蕩器的控制電壓僅僅是反映調(diào)頻信號中心頻率漂移中心頻率漂移的的的的緩變電壓緩變電壓。2. 穩(wěn)定調(diào)頻發(fā)射機的中心頻率穩(wěn)定調(diào)頻發(fā)射機的中心頻率 為使調(diào)頻發(fā)射機既有大的頻偏，又有穩(wěn)定的中心頻率，為使調(diào)頻發(fā)射機既有大的頻偏，又有穩(wěn)定的中心頻率，

46、往往采用往往采用AFC電路。其方框圖如圖電路。其方框圖如圖8.38所示。圖中，參考信所示。圖中，參考信號號r由高穩(wěn)定度的晶體振蕩器產(chǎn)生，輸出信號是調(diào)頻振蕩由高穩(wěn)定度的晶體振蕩器產(chǎn)生，輸出信號是調(diào)頻振蕩器的中心頻率器的中心頻率o，混頻輸出的額定中頻為（，混頻輸出的額定中頻為（r-o）。）。由于由于r的穩(wěn)定度高，因此的穩(wěn)定度高，因此混頻器輸出端產(chǎn)生的頻率混頻器輸出端產(chǎn)生的頻率誤差誤差主要是由主要是由o不穩(wěn)定不穩(wěn)定所致。通過所致。通過AFC電路的自電路的自動調(diào)節(jié)作用就能減少頻率動調(diào)節(jié)作用就能減少頻率誤差值，使誤差值，使o趨于穩(wěn)定。趨于穩(wěn)定。圖圖8.38 具用具用AFC電路的調(diào)頻發(fā)射機方框圖電路的調(diào)頻發(fā)射機方框圖 3. 調(diào)頻負反饋調(diào)解器調(diào)頻負反饋調(diào)解器 當存在噪聲時，調(diào)頻波