自動(dòng)增益控制(AGC)

1、任務(wù)一自動(dòng)增益控制（AGC）電路知識(shí)點(diǎn)DQ 自動(dòng)增苕控制（RGC）電路的組成與基本工作原理 自動(dòng)噌益控制（內(nèi)GC）電路的主要性能指標(biāo) 控制放大器增益的基本方法正向AGC與反向AGC的基本定義 電控衰減器增益控制由路的工作原理技能點(diǎn) AGC動(dòng)態(tài)泡1的測(cè)堇任務(wù)引入在調(diào)幅接收機(jī)接收電臺(tái)信號(hào)時(shí)，由于各發(fā)射臺(tái)功率有大有小，發(fā)射臺(tái)離接收機(jī)的距離遠(yuǎn)近不一，無(wú)線電波傳播過(guò)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(hào)強(qiáng)度相差非常懸殊，而且往往有很大的起伏變化（約為 1口4正倍），有可能在接收微弱信號(hào) 時(shí)造成某些電路（例如檢波器）不能正常工作而丟失信號(hào)，而在接收強(qiáng)信號(hào)時(shí)造成放大電路的阻塞（非線性失真）。

2、為此在接收設(shè)備中幾乎無(wú)例外的都必須采用自動(dòng)增益控制電路，用來(lái)壓縮有用信號(hào)強(qiáng)度的變化范圍。任務(wù)分析自動(dòng)增益控制（AGC）電路的作用是能根據(jù)輸入信號(hào)的電壓的大小，自動(dòng)調(diào)整放大器 的增益，使得放大器的輸出電壓在一定范圍內(nèi)變化。自動(dòng)增益控制（AGC）電路是無(wú)線電接收設(shè)備中的重要電路，用來(lái)保證接收幅度的穩(wěn) 定。它一般由電平檢測(cè)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(shí)現(xiàn)增益控制的關(guān)鍵。相關(guān)知識(shí)一、自動(dòng)增益控制電路（AGC的工作原理1. AGC勺作用自動(dòng)增益控制電路的作用，是在輸入信號(hào)幅度變化很大的情況下，自動(dòng)保持輸出信號(hào)幅度在很小

3、范圍內(nèi)變化的一種自動(dòng)控制電路。2. AGC勺組成框圖自動(dòng)增益控制電路的組成框圖如圖3-5-2所示。圖3-5-2 自動(dòng)增益控制電路的組成框圖由圖可見(jiàn)，自動(dòng)增益控制電路可以看成由反饋控制器和(控制)對(duì)象兩部分組成，其中反饋控制器由電平檢測(cè)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(duì)象是可控增益放大器?？煽卦鲆娣糯笃鞯妮斎胄盘?hào)就是AGC電路的輸入信號(hào)yi= U加CQS畫,其輸出信號(hào) = % cosdJf,其增益為%增益4受控制電壓4的控制，控制電壓久是由電壓比較器產(chǎn)生的誤差電壓 &經(jīng)控制電 壓產(chǎn)生器變換后得到的，增益可寫成 4(%)或4(%),它是誤差電壓4(或控制電

4、壓線) 的函數(shù)。也可以直接用誤差電壓 4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(1)電平檢測(cè)器電平檢測(cè)器的功能是檢測(cè)出輸出信號(hào)%的電平值，通常由振幅檢波器實(shí)現(xiàn)，它的輸出與輸入信號(hào)電平成線性關(guān)系，其輸出電壓為四/皿。(2)低通濾波器 環(huán)路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(hào)強(qiáng)度的變化是自動(dòng)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(hào)時(shí)， 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(dòng)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(hào)的變化頻率不同，就可以

5、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(duì)高于某一頻率的調(diào)制信號(hào)的變化無(wú)響應(yīng)，而對(duì)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(cè)器輸出的電平信號(hào)的變化頻率很低，例如幾赫左右，所以一般均采用直流放大器進(jìn)行放大。(4)電壓比較器 經(jīng)直流放大器放大后的輸出電壓 皿與給定的基準(zhǔn)電壓 彳進(jìn)行比較，輸出誤差信號(hào)電壓 4,當(dāng)電壓比較器增益為 4時(shí)，4服從下列關(guān)系式(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力變換為適合可變?cè)鲆娣糯笃餍枰目刂齐妷?玲，這種變換可以是幅度的放大或電壓極性的變換

6、。此二姒k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勺工作過(guò)程由圖3-5-2可以看出，自動(dòng)增益控制電路是一個(gè)反饋控制系統(tǒng)，其工作過(guò)程如下：(1)當(dāng)輸入信號(hào) 片較小時(shí)，輸出信號(hào) 外的幅度4a也較小，經(jīng)電平檢測(cè)器、低通濾波器、直流放大器的輸出信號(hào)加到電壓比較器上的電壓4也比較小。在許多實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合，往往規(guī)定%必須大于或等于 可,而當(dāng)% Vg時(shí)，%不能改變比較器的輸出電壓，也就不可能產(chǎn)生控制電壓 4去控制可控增益放大器的增益，相當(dāng)于此時(shí)自動(dòng)增益控制環(huán)路不工作。也就是說(shuō)，當(dāng)時(shí)，4 =4 =0,在這種情況下，4稱為比較器的門限

7、電壓。(2)當(dāng)輸入信號(hào)"i振幅增大使輸出信號(hào)的振幅增大時(shí)，相應(yīng)的直流放大器輸出電壓!也增大，當(dāng)心大于或等于基準(zhǔn)電壓，即當(dāng) 人4時(shí)，比較器的輸出誤差電壓 4將改變，控制 電壓均將隨之改變，并控制可控增益放大器的增益，此時(shí)環(huán)路啟動(dòng)，可控增益放大器的增益隨輸出信號(hào)的增大而降低，從而使輸出信號(hào)減?。环粗?，當(dāng)輸入電壓內(nèi)減小使輸出電壓品減小時(shí)，環(huán)路產(chǎn)生的控制信號(hào) 可將使可控增益放大器的增益 4增加。可見(jiàn)，通過(guò)環(huán)路的控制作用，無(wú)論輸入電壓 "i增加或減小，輸出信號(hào)電平 場(chǎng)僅在較小的范圍內(nèi)變化，從而保持 在輸入信號(hào)變化的情況下輸出信號(hào)基本穩(wěn)定，達(dá)到自動(dòng)增益控制(AGC)或自動(dòng)電平控制(AL

8、C )的目的。二、AGC勺控制特性自動(dòng)增益控制電路(AGC有簡(jiǎn)單AGC電路和延遲 AGC電路，如圖3-5-3所示為無(wú)AGC 簡(jiǎn)單AGC延遲AGC的控制特性曲線圖。要求稍高一點(diǎn)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(gè)，一是動(dòng)態(tài)范圍；二是響應(yīng)時(shí)間。1 .動(dòng)態(tài)范圍在給定輸出信號(hào)幅值變化的范圍內(nèi)，容許輸入信號(hào)振幅的變化越大，則表明AGC電路的 動(dòng)態(tài)范圍越寬，性能越好。AGCfe路的輸入動(dòng)態(tài)范圍mmAGC電路的輸出動(dòng)態(tài)范圍;uiQiLAGC電路的動(dòng)態(tài)范圍就是輸入動(dòng)態(tài)范圍 叫與輸出動(dòng)態(tài)范圍 叫之比，也稱為放大器的增 益控制倍數(shù)，用%表示也=I- = U吧/U晅=運(yùn)其中,一 Umm為放大器的

9、最大電壓增益，它一般發(fā)生在輸入信號(hào)為最小時(shí);為放大器的最小電壓增益，一般發(fā)生在輸入信號(hào)為最大時(shí)?？梢?jiàn)，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) 寬，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(jí)數(shù)可以擴(kuò)大 AGC電路的控制范圍。一般廣播收音機(jī)的 AGC動(dòng)態(tài)范圍指標(biāo)為：輸入信號(hào)強(qiáng)度變化26dB時(shí)，輸出電壓的變化不超過(guò)5dB。在高級(jí)通信用接收機(jī)中，輸入信號(hào)強(qiáng)度變化60dB時(shí)，輸出電壓變化不應(yīng)超過(guò)6dB,輸入信號(hào)在10 V以下時(shí)，AGC不起作用。黑白電視機(jī)車出電平變化為土1.5dB時(shí),甲級(jí)機(jī)要求輸入電平變化不小于60dB,乙級(jí)機(jī)要求輸入電平變化不小于40d

10、B。2 .響應(yīng)時(shí)間由于AGC電路是用來(lái)對(duì)信號(hào)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(dòng)作必須跟得上電平變化的速度。響應(yīng)時(shí)間短，自然就能夠迅速跟上輸入信號(hào)電平的變化。 但是當(dāng)響應(yīng)時(shí)間過(guò)短時(shí)，AGC電路將隨著信號(hào)的本身變化而變化（也就是AGC電路的動(dòng)作隨調(diào)制信號(hào)的規(guī)律而變化），這將對(duì)有用信號(hào)產(chǎn)生反調(diào)制作用，從而將導(dǎo)致信號(hào)的失真。因 此，需要根據(jù)信號(hào)的性質(zhì)和需要，設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)時(shí)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？祛吹鶻諳炬k奔漁5屯 瞬”覲 碓嬌怎 娜比K奔溫蕉獺？三、增益控制電路增益控制電路即控制對(duì)象通常是一個(gè)可變?cè)鲆娣糯笃?。控制放大器增益的方法主要有兩類，一類?/p>

11、控制放大器本身的某些參數(shù)來(lái)控制放大器的增益；另一類是在放大器級(jí)間插入可控衰減器。1 .利用控制放大器本身的參數(shù)改變?cè)鲆胬每刂品糯笃鞅旧淼膮?shù)改變?cè)鲆娴姆椒ㄓ卸喾N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 IE/ ,而11又與晶體管工作點(diǎn)有關(guān)， 改變發(fā)射極平均電流 Z （或集電極平均電流L）,就可以使141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 : 特性曲線，如果放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)選在,由圖可見(jiàn)，當(dāng)Z v如時(shí)I與I隨1的減小而下降，稱為反向AGC;當(dāng)L 如時(shí)，隨L的增加而下降，稱為正向 AGC普通盟體管對(duì)于反向AGC要求隨著

12、輸入信號(hào)的增強(qiáng)，使放大器工作點(diǎn)電流下降，導(dǎo)致放大器增益 降低；對(duì)于正向 AGC則要求隨著輸入信號(hào)的增強(qiáng)，使放大器工作點(diǎn)電流上升，導(dǎo)致放大器 增益降低?？刂齐妷?玲，可以從發(fā)射極注入， 也可以從基極注入，如圖3-5-5所示。控制電壓4的 極性取決于晶體管的14 I - L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)% T 一九J 一4J - Z J - 14 I J ,放大器增益 4 J , 因而是反向AGC電路；圖3-5-5b ）所示電路中，當(dāng) % T -% T - % T - L T - I*/J

13、, 放大器增益 4 J ,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。AGCAGCa)b)圖3-5-5兩種改變氣的AGC電路a）正向AGC電路 b）反向AGC電路一些設(shè)計(jì)成專供增益控制用的晶體管如2SC39& 3DG56 3DG79 3DG91等，它們都作正向AGC用，這些管子的|幾|.曲線右邊的下降部分斜率大，線性好，且在較大的范圍內(nèi)晶體管的集電極損耗仍不會(huì)超過(guò)允許值，這些晶體管稱為正向AGC管。用場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)管和增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管的跨導(dǎo) 標(biāo)都隨漏極電流 亂而變，所以，場(chǎng)效應(yīng)管都具有反向AG8能，典型的 機(jī)

14、-【DQ關(guān)系曲線如圖3-5-6所示。在電視接收機(jī)中經(jīng)常采用雙柵場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成可控增益高頻放大器，其中柵極G加信號(hào)，G引入AGCiJ電壓 黑,當(dāng)必發(fā)生變化時(shí)，將弓|起改變，從而導(dǎo)致 放大器增益發(fā)生變化。圖3-5-6 FETh關(guān)系曲線(2)改變放大器的負(fù)載由于放大器的增益與負(fù)載 工有關(guān)，調(diào)節(jié)匕也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(或稱阻尼二極管)作為混頻級(jí)或中頻放大級(jí)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茫?導(dǎo)極二 極管動(dòng)態(tài)電導(dǎo)增大從而使回路有效 會(huì)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

15、管的 AGCfe路，VD為阻尼二極管。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 石 ,或改變發(fā)射極負(fù)反饋深度的方法來(lái)實(shí)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 內(nèi)加在晶體管 片的基極上，放大后的信號(hào) 均由集電極輸 出，增益控制電壓 均加在匕和馬管的基極。當(dāng) 片基極加入輸入電壓 %時(shí)，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)，看7 + % ,而i1和%的分配比例取決于控制電壓 4的 大小。若4足夠大，使得 4截止，則電流全部流過(guò) 匕，即看和

16、= 0,此時(shí)放大器將 沒(méi)有輸出，增益等于零。若"減小，4導(dǎo)通，h中一部分電流流過(guò) 白，產(chǎn)生輸出電壓% =此時(shí)放大器具有一定的增益，并且增益將隨此的變化而改變。這種電路的最小增益，加=0, 最大增益 七跳發(fā)生在% = %和h = 0時(shí)，此時(shí) 小底=7遇，其中芻成為看管的跨導(dǎo)。控制電壓,圖3-5-8改變電流分配比的增益控制電路輸出電壓為工o輸入電壓% )X仆一2 .利用在放大器之間插入電控衰減器的增益控制電路當(dāng)放大器工作頻率較高時(shí)，對(duì)放大器的增益控制往往不通過(guò)直接改變放大器增益的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，而是改變接在放大級(jí)之間或接在放大器輸出端由二極管和電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的電控 衰減器來(lái)控制增益，這樣可使放

17、大器本身工作在理想放大狀態(tài)，避免產(chǎn)生不必要的失真。簡(jiǎn)單的二極管電控衰減器如圖3-5-9所示。pa)b)圖3-5-9簡(jiǎn)單的二極管電控衰減器和PIN二極管a)二極管電控衰減器b) PIN二極管二極管電控衰減器的基本原理是電阻R和二極管與的動(dòng)態(tài)電阻勺構(gòu)成一個(gè)分壓器，當(dāng)控制電壓4變化時(shí)也隨之改變，從而改變了分壓器的分壓比，達(dá)到控制衰減的目的。用二 極管構(gòu)成的電控衰減器.由于二極管極間電容的影響，使衰減器的頻率特性變差。為減少二極管極間電容的影響，目前廣泛采用極間電容很小的PIN二極管作為增益控制器件。這種二極管的示意圖如圖 3-5-9b)所示。它的作用和一般 PN結(jié)二極管相同，但在結(jié)構(gòu)上有一定的 差別

18、，管子兩邊分別是重?fù)诫s的P型和N型半導(dǎo)體，中間夾著一層本征半導(dǎo)體 I層，故稱為PIN二極管。這種二極管在零偏置時(shí)電阻可高達(dá)710 k Q ,偏置電流在零至幾毫安內(nèi)變化時(shí)，PIN管的電阻變化范圍約為 10lO kQ ,因而用單級(jí)二極管電控衰減器構(gòu)成的可變?cè)?益放大器增益變化范圍可達(dá)16dB左右，用三級(jí)電控衰減器構(gòu)成的三級(jí)可變?cè)鲆娣糯笃髟鲆孀兓秶蛇_(dá)35dBo實(shí)驗(yàn)技能與訓(xùn)練-自動(dòng)增益控制AGC1 .實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 )掌握AGC電路的工作原理(2)掌握AGH放大器的增益控制范圍2 .實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)比較沒(méi)有AGC有AGCM種情況下輸出電壓的變化范圍(2)測(cè)量AGC勺增蓋控制范圍3 .實(shí)驗(yàn)原理圖3-5-10所示電路為 AGC5；驗(yàn)電路。圖3-5-10自動(dòng)增益控制（AGC對(duì)接收機(jī)中AGCW要求是：在接收機(jī)輸入端的信號(hào)超過(guò)某一值后，輸出信號(hào)兒乎不再隨輸入信號(hào)的增大而增大。圖3-5-10是以MC1350乍為小信號(hào)選頻放大器并帶有AGC的電路圖，片為陶瓷濾波器（中心頻率為4.5 MHz ）,選頻放大器的輸出信號(hào)通過(guò)耦合電容連接到輸出插孔J3。同時(shí),輸出信號(hào)通過(guò)檢波二極管 D1進(jìn)入agce饋電路。、Cg為檢波