任務(wù)51自動增益控制電路

1、任務(wù)5-1自動增益控制電路5-1-1資訊準備任務(wù)描述1了解反饋控制電路的概念、組成；2理解反饋控制的基本原理；3了解反饋控制電路的類型、特點及應(yīng)用；4理解自動增益控制的工作原理和電路類型。資訊指南資訊內(nèi)容獲取方式1什么叫反饋？反饋控制電路的概念是什么？閱讀資料上網(wǎng)查閱圖書詢問相關(guān)工作人員2反饋控制電路由哪些部件組成，怎樣工作？3反饋控制電路有哪些類型，各有什么特點，應(yīng)用于哪些領(lǐng)域？4自動增益控制電路的工作原理是什么？5自動增益控制電路有哪些類型，各有什么特點？導(dǎo)學(xué)材料一、反饋控制電路的概念及功能在現(xiàn)代通信系統(tǒng)和電子設(shè)備中，為了提高它們的技術(shù)性能指標，或者實現(xiàn)某些特定的功能要求，廣泛地采用各種類

2、型的反饋控制電路。這些控制電路大都是利用反饋的原理實現(xiàn)對自身的調(diào)節(jié)與控制，因此統(tǒng)稱為反饋控制電路(Feedback Control Circuits)。若反饋系統(tǒng)都是閉環(huán)系統(tǒng)，則稱為環(huán)路系統(tǒng)。如圖5-1-1所示，反饋控制電路可以看成是由比較部件、控制部件、被控對象和測量部件(反饋網(wǎng)絡(luò))四部分組成的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。其中，XO為系統(tǒng)輸出量，XI為系統(tǒng)輸入量，也就是反饋控制器的比較標準量。比較部件的作用是將輸入信號XI和測量部件產(chǎn)生的反饋信號XF進行比較，輸出一個誤差信號Xe；控制部件的作用是根據(jù)誤差信號產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，驅(qū)動被控部件產(chǎn)生輸出量。圖5-1-1反饋控制電路的組成方框圖實際電路中，每個反

3、饋控制電路的XO與XI之間都有確定的關(guān)系，可表示為XO=f(XI)。若此關(guān)系受到破壞，則比較部件就能夠檢測出輸出量與輸入量的關(guān)系偏離XO=f(XI)的程度，從而產(chǎn)生相應(yīng)的誤差信號Xe，加到被控對象上對輸出量XO進行調(diào)整，使輸出量與輸入量之間的關(guān)系恢復(fù)到XO=f(XI)。二、反饋控制電路的分類及特點圖5-1-1中，各X參量可以是電壓（電流）、頻率或相位，如果需要比較的參量是電壓或電流，則稱之為自動增益控制電路；如果比較的參量為頻率，則稱之為自動頻率控制；如果比較的參量是相位，則稱之為自動相位控制電路或鎖相環(huán)路。1自動增益控制電路(Automatic Gain Control，簡稱AGC)，廣泛應(yīng)

4、用于各類接收機中，是接收機的重要輔助電路之一。其主要功能是根據(jù)輸入信號電平的大小，自動調(diào)整接收機的增益，從而使接收機在輸入信號幅度忽大忽小變化時，保持輸出信號電平穩(wěn)定。即當輸入信號很弱時，接收機的增益大；當輸入信號很強時，接收機的增益小。這樣，當信號場強變化時，接收機輸出端的電壓或功率基本穩(wěn)定。2自動頻率控制電路(Automatic Frequency Control，簡稱AFC)，又稱自動頻率微調(diào)電路，主要用于電子設(shè)備中穩(wěn)定振蕩器的振蕩頻率。它利用反饋控制量自動調(diào)節(jié)振蕩器的振蕩頻率，使振蕩器穩(wěn)定在某一預(yù)期的標準頻率附近。3自動相位控制電路(Automatic Phase Control，簡稱

5、APC)，用于鎖定相位，實現(xiàn)無頻差反饋控制，因此又叫鎖相環(huán)路(Phase Locked Loop，簡稱PLL)。鎖相環(huán)路功能強大，應(yīng)用廣泛，這也是本章的重點。反饋控制電路之所以能控制輸出參量并使之穩(wěn)定，其主要原因在于它能夠利用反饋量與參考量之間的誤差量實現(xiàn)對電路的控制，即利用存在的誤差來減小誤差。因此，在控制過程中，被控制量始終存在誤差，反饋控制只是維持誤差在一定范圍，并無法完全消除誤差。在通信、導(dǎo)航、遙控遙測系統(tǒng)中，由于受發(fā)射功率大小、收發(fā)距離遠近、電波傳播衰落等各種因素的影響，接收機所接收的信號強弱變化范圍很大。如果接收機增益不變，將會使接收機輸出信號很不穩(wěn)定，比如接收信號太強時接收機可能

6、產(chǎn)生飽和失真或阻塞，而接收信號太弱時又有可能丟失。因此，必須采用自動增益控制電路，使接收機的增益隨輸入信號強弱而變化。當然，不僅在接收機中需要用到自動增益控制電路，在發(fā)射機和其它電子設(shè)備中，自動增益控制電路也有廣泛的應(yīng)用，比如光纖通信系統(tǒng)的光發(fā)射機就利用了反饋控制原理控制激光器的發(fā)光功率，雖然是對功率進行控制和調(diào)整，但實際上仍是自動增益控制。三、自動增益控制電路的工作原理AGC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。圖5-1-2是一款典型的具有AGC的超外差式調(diào)幅接收機的方框圖。圖中，高頻放大器起前置放大作用，它和中頻放大器是直接受控的增益可控的放大器，是AGC控制

7、環(huán)路的被控對象。AGC檢波器、低通濾波器和直流放大器組成測量部件，起反饋作用。圖5-1-2具有AGC的超外差式調(diào)幅接收機方框圖天線接收到的信號ui(t)經(jīng)高頻放大、變頻和中頻放大后得到中頻調(diào)幅波uo(t)，經(jīng)AGC檢波器和低通濾波器后，得到反映輸入信號大小變化趨勢的直流分量，再經(jīng)直流放大后得到AGC電壓（|UAGC|）。顯然，輸入信號強，|UAGC|大；反之，則|UAGC|小。利用AGC電壓去控制高放或中放的增益，使|UAGC|大時增益低，|UAGC|小時增益高，就可達到自動增益控制目的。在實際電路中，AGC檢波和恢復(fù)低頻信號的檢波一般共用一個檢波器，直流放大器和高頻放大器通?？墒÷?，有時AG

8、C電壓只控制中放的增益。但無論電路怎么實現(xiàn)，一個AGC電路滿足兩方面的要求：一是能產(chǎn)生一個隨輸入信號大小而變化的控制電壓，即|UAGC|；二是能利用此|UAGC|去控制相關(guān)可控增益放大器，實現(xiàn)自動增益控制。以圖5-1-2所示前置高頻放大器為例，若采用小信號諧振放大器，由任務(wù)5-2-1的討論可知，其電壓增益為 (5-1-1)式中，yfeIE。在采用AGC電路實現(xiàn)對放大器增益的自動控制過程中，可利用改變晶體管發(fā)射極電流IE或改變負載電阻RL(RL=1/gL)，分別完成對yfe或g的控制，調(diào)整放大器的增益，達到自動增益控制目的。1改變發(fā)射極的電流IE圖5-1-3為典型的中放管的IE曲線。由圖可以看出

9、，當IE較小時，隨的IE的增大而增大（ab段）；當IE增至某一值IEQ時，最大；若IE繼續(xù)增大，則逐漸減?。╞c段）。因此，根據(jù)晶體管的上述特點，利用AGC電壓控制IE，就可以實現(xiàn)AGC。圖5-1-3晶體管IE曲線利用IE曲線的上升部分（ab段）或下降部分（bc段）都可實現(xiàn)增益控制，前者稱為反向AGC，后者稱為正向AGC。在反向AGC中，IE必須隨著|UAGC|的增大而減小，才能使下降，增益降低，因此起始工作點應(yīng)選擇在曲線上升部分的b點，其控制過程可表示為UimUom|UAGC|IE|yfe|Auo|Uom在正向AGC中，IE必須隨著|UAGC|的增大而增大，才能使下降，增益降低，因此起始工作

10、點應(yīng)選擇在值較大處（b點），其控制過程可表示為UimUom|UAGC|IE|yfe|Auo|Uom圖5-1-4(a)是反向AGC。反饋控制電壓+UAGC加載到晶體管的發(fā)射極。輸入信號增加時，通過小信號放大器的輸出信號增加，反饋控制電壓隨之增大，晶體管發(fā)射極電位上升，uBE減小，發(fā)射極電流IE減小，利用反向作用可使放大器增益下降，從而使輸出信號由增大變?yōu)橼呌诜€(wěn)定。圖5-1-4(b)也是反向AGC。反饋控制電壓-UAGC加載到晶體管的基極。輸入信號增加時，通過小信號放大器的輸出信號增加，反向后的反饋控制電壓隨之減小，晶體管基極電位下降，uBE減小，發(fā)射極電流IE減小，利用反向作用可使放大器增益下降

11、，從而使輸出信號由增大變?yōu)橼呌诜€(wěn)定。圖5-1-4(c)為正向AGC。反饋控制電壓-UAGC加載到晶體管的發(fā)射極。輸入信號增加時，通過小信號放大器的輸出信號增加，反向后的反饋控制電壓隨之減小，晶體管發(fā)射極電位下降，uBE增大，發(fā)射極電流IE增大，利用正向作用可使放大器增益下降，從而使輸出信號由增大變?yōu)橼呌诜€(wěn)定。圖5-1-4AGC電路反向AGC的優(yōu)點是利用IE曲線較陡峭的上升部分實現(xiàn)對放大器增益的控制，因此控制靈敏度高。反向AGC對晶體管要求不高，使用普通的中、高頻管即可，而且管子的電流不大，不致使管子的集電極損耗超過允許值。反向AGC的缺點是隨著輸入信號的增大，晶體管的工作點降得很低，動態(tài)范圍很

12、小，即增益控制范圍窄。為了克服反向AGC的缺點，應(yīng)采用正向AGC，以增大增益控制范圍，但要求工作電流較大時管子不被損壞。此外，為了使正向AGC增益控制靈敏，管子IE曲線的下降部分應(yīng)較為陡峭。2改變放大器的負載RL改變放大器的負載RL是在集成電路組成的接收機中常用的實現(xiàn)AGC的方法。由于放大器的增益與負載密切相關(guān)，因此通過改變負載就可以控制放大器的增益。在集成電路中，受控放大器的部分負載通常是晶體管的發(fā)射極輸入電阻（發(fā)射結(jié)電阻），若用AGC電壓控制管子的偏流，則該電阻也隨著改變，從而達到控制放大器增益的目的。當輸入信號增加時，改變負載RL的控制過程可以表示為UimUom|UAGC|RLg|Auo

13、|Uom當輸入信號減小時，改變負載RL的控制過程可以表示為UimUom|UAGC|RLg|Auo|Uom四、自動增益控制電路的類型根據(jù)輸入信號的類型、特點以及控制的要求，AGC電路主要有簡單AGC和延遲式AGC兩種類型。簡單AGC電路是只要接收機有外來信號輸入，中頻放大器有信號輸出，AGC電路就立刻工作，產(chǎn)生誤差控制電壓|UAGC|去控制可控增益放大器。接收機的輸入感應(yīng)電動勢eA與輸出電壓uo的關(guān)系曲線，稱為AGC特性曲線。簡單AGC與無AGC電路的傳輸特性如圖5-1-5所示。無AGC電路的傳輸特性如曲線所示，接收機的輸出電壓uo隨天線上感應(yīng)電動勢eA的增大而增大(不考慮外來信號過強時超出晶體

14、管的線性工作范圍)。具有簡單AGC電路的接收機，其增益隨外來eA的增加而減小，如曲線所示。 圖5-1-5簡單AGC特性曲線 圖5-1-6延遲式AGC特性曲線簡單AGC電路的主要缺點是，一有輸入信號，AGC立刻起作用，接收機的增益就因受控制而減小。這對提高接收機的靈敏度是不利的，尤其在外來信號很微弱時，不利一面表現(xiàn)尤為突出。為了克服這個缺點，也就是希望輸入信號小于某值時，AGC不起作用，與無AGC電路輸出電壓相同，只有當輸入信號大于該值時AGC才起作用，為此可采用延遲式AGC電路。延遲式AGC電路的特性曲線如圖5-1-6所示。圖中，當eAEA0時，AGC電路才開始工作，這時雖然外來輸入信號繼續(xù)增

15、強，但接收機的輸出電壓卻能因為高頻放大器或中頻放大器的增益降低而維持不變。延遲式AGC的優(yōu)點在于既能保證接收機有高的靈敏度，又能保證輸出電壓幅度恒定。延遲式AGC的原理電路如圖5-1-7所示。二極管VD和負載R1C1組成包絡(luò)檢波器，檢波輸出電壓經(jīng)RC低通濾波器濾波，取出直流AGC電壓。另外，在二極管上加有一負電壓EA0(由負電源分壓獲得)，稱為延遲電壓。圖5-1-7延遲式AGC電路當天線上的感應(yīng)電動勢eA很小時，AGC檢波器的輸入電壓也比較小，由于延遲電壓的存在，AGC檢波器的二極管將處于截止狀態(tài)，沒有AGC電壓輸出，因此沒有AGC作用。只有當eA大到一定程度(eAEA0)，使檢波器輸入電壓的

16、幅值大于延遲電壓后，AGC檢波器才工作，產(chǎn)生AGC作用。調(diào)節(jié)延遲電壓可改變EA0的數(shù)值，以滿足不同的要求。由于延遲電壓的存在，信號檢波器必須要與AGC檢波器分開，否則延遲電壓會加到信號檢波器上去，使外來信號小時不能檢波，而信號大時又產(chǎn)生非線性失真。當eA變化范圍一定時，接收機輸出電壓uo的變化越小，AGC的性能越好，通常以此作為AGC的質(zhì)量指標。例如，收音機的AGC指標為：輸入信號強度變化26dB時，輸出電壓的變化不超過5dB。在高級通信機中，AGC指標為：輸入信號強度變化60dB時，輸出電壓的變化不超過6dB，輸入信號在10uV以下時，AGC不起作用。為了提高AGC的能力，可在AGC檢波器的

17、前面或后面再增加放大器。這種電路成為延遲放大式AGC電路，其電路方框圖分別如圖5-1-8(a)、(b)所示。圖5-1-8延遲放大式AGC電路方框圖5-1-2計劃決策通過任務(wù)分析和對相關(guān)資訊的了解，討論學(xué)習(xí)的計劃并選定最優(yōu)方案。計劃和決策（參考）第一步了解反饋控制電路的概念、組成第二步理解反饋控制的基本原理第三步了解反饋控制電路的類型、特點及應(yīng)用第四步理解自動增益控制的工作原理和電路類型5-1-3任務(wù)實施學(xué)習(xí)型工作任務(wù)單學(xué)習(xí)領(lǐng)域通信電子線路學(xué)時72（參考）學(xué)習(xí)項目項目5讓電路自動調(diào)整性能-認識反饋控制電路學(xué)時8工作任務(wù)5-1自動增益控制電路學(xué)時2班 級小組編號成員名單任務(wù)描述1了解反饋控制電路的

18、概念、組成；2理解反饋控制的基本原理；3了解反饋控制電路的類型、特點及應(yīng)用；4理解自動增益控制的工作原理和電路類型。工作內(nèi)容1什么叫反饋？反饋控制電路的概念是什么？2反饋控制電路由哪些部件組成，怎樣工作？3反饋控制電路有哪些類型，各有什么特點，應(yīng)用于哪些場合？4自動增益控制電路的工作原理是什么？5自動增益控制電路有哪些類型，各有什么特點？提交成果和文件等1反饋控制電路的概念、組成、類型、特點、應(yīng)用領(lǐng)域?qū)φ毡恚?自動增益控制電路的工作原理和實現(xiàn)方法對照表；3學(xué)習(xí)過程記錄表及教學(xué)評價表（學(xué)生用表）。完成時間及簽名5-1-4展示評價1教師及其他組負責(zé)人根據(jù)小組展示匯報整體情況進行小組評價；2學(xué)生展示匯報中，教師可針對小組