任务51自动增益控制电路.doc

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1、任务5-1自动增益控制电路5-1-1资讯准备 任务描述1了解反馈控制电路的概念、组成；2理解反馈控制的基本原理；3了解反馈控制电路的类型、特点及应用；4理解自动增益控制的工作原理和电路类型。 资讯指南资讯内容获取方式1什么叫反馈？反馈控制电路的概念是什么？阅读资料上网查阅图书询问相关工作人员2反馈控制电路由哪些部件组成，怎样工作？3反馈控制电路有哪些类型，各有什么特点，应用于哪些领域？4自动增益控制电路的工作原理是什么？5自动增益控制电路有哪些类型，各有什么特点？ 导学材料一、反馈控制电路的概念及功能在现代通信系统和电子设备中，为了提高它们的技术性能指标，或者实现某些特定的功能要求，广泛地采用

2、各种类型的反馈控制电路。这些控制电路大都是利用反馈的原理实现对自身的调节与控制，因此统称为反馈控制电路(Feedback Control Circuits)。若反馈系统都是闭环系统，则称为环路系统。如图5-1-1所示，反馈控制电路可以看成是由比较部件、控制部件、被控对象和测量部件(反馈网络)四部分组成的自动调节系统。其中，XO为系统输出量，XI为系统输入量，也就是反馈控制器的比较标准量。比较部件的作用是将输入信号XI和测量部件产生的反馈信号XF进行比较，输出一个误差信号Xe；控制部件的作用是根据误差信号产生相应的控制信号，驱动被控部件产生输出量。图5-1-1反馈控制电路的组成方框图实际电路中，

3、每个反馈控制电路的XO与XI之间都有确定的关系，可表示为XO=f(XI)。若此关系受到破坏，则比较部件就能够检测出输出量与输入量的关系偏离XO=f(XI)的程度，从而产生相应的误差信号Xe，加到被控对象上对输出量XO进行调整，使输出量与输入量之间的关系恢复到XO=f(XI)。二、反馈控制电路的分类及特点图5-1-1中，各X参量可以是电压（电流）、频率或相位，如果需要比较的参量是电压或电流，则称之为自动增益控制电路；如果比较的参量为频率，则称之为自动频率控制；如果比较的参量是相位，则称之为自动相位控制电路或锁相环路。1自动增益控制电路(Automatic Gain Control，简称AGC)，

4、广泛应用于各类接收机中，是接收机的重要辅助电路之一。其主要功能是根据输入信号电平的大小，自动调整接收机的增益，从而使接收机在输入信号幅度忽大忽小变化时，保持输出信号电平稳定。即当输入信号很弱时，接收机的增益大；当输入信号很强时，接收机的增益小。这样，当信号场强变化时，接收机输出端的电压或功率基本稳定。2自动频率控制电路(Automatic Frequency Control，简称AFC)，又称自动频率微调电路，主要用于电子设备中稳定振荡器的振荡频率。它利用反馈控制量自动调节振荡器的振荡频率，使振荡器稳定在某一预期的标准频率附近。3自动相位控制电路(Automatic Phase Control

5、，简称APC)，用于锁定相位，实现无频差反馈控制，因此又叫锁相环路(Phase Locked Loop，简称PLL)。锁相环路功能强大，应用广泛，这也是本章的重点。反馈控制电路之所以能控制输出参量并使之稳定，其主要原因在于它能够利用反馈量与参考量之间的误差量实现对电路的控制，即利用存在的误差来减小误差。因此，在控制过程中，被控制量始终存在误差，反馈控制只是维持误差在一定范围，并无法完全消除误差。在通信、导航、遥控遥测系统中，由于受发射功率大小、收发距离远近、电波传播衰落等各种因素的影响，接收机所接收的信号强弱变化范围很大。如果接收机增益不变，将会使接收机输出信号很不稳定，比如接收信号太强时接收

6、机可能产生饱和失真或阻塞，而接收信号太弱时又有可能丢失。因此，必须采用自动增益控制电路，使接收机的增益随输入信号强弱而变化。当然，不仅在接收机中需要用到自动增益控制电路，在发射机和其它电子设备中，自动增益控制电路也有广泛的应用，比如光纤通信系统的光发射机就利用了反馈控制原理控制激光器的发光功率，虽然是对功率进行控制和调整，但实际上仍是自动增益控制。三、自动增益控制电路的工作原理AGC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。图5-1-2是一款典型的具有AGC的超外差式调幅接收机的方框图。图中，高频放大器起前置放大作用，它和中频放大器是直接受控的增益可控的放大器，是AG

7、C控制环路的被控对象。AGC检波器、低通滤波器和直流放大器组成测量部件，起反馈作用。图5-1-2具有AGC的超外差式调幅接收机方框图天线接收到的信号ui(t)经高频放大、变频和中频放大后得到中频调幅波uo(t)，经AGC检波器和低通滤波器后，得到反映输入信号大小变化趋势的直流分量，再经直流放大后得到AGC电压（|UAGC|）。显然，输入信号强，|UAGC|大；反之，则|UAGC|小。利用AGC电压去控制高放或中放的增益，使|UAGC|大时增益低，|UAGC|小时增益高，就可达到自动增益控制目的。在实际电路中，AGC检波和恢复低频信号的检波一般共用一个检波器，直流放大器和高频放大器通常可省略，有

8、时AGC电压只控制中放的增益。但无论电路怎么实现，一个AGC电路满足两方面的要求：一是能产生一个随输入信号大小而变化的控制电压，即|UAGC|；二是能利用此|UAGC|去控制相关可控增益放大器，实现自动增益控制。以图5-1-2所示前置高频放大器为例，若采用小信号谐振放大器，由任务5-2-1的讨论可知，其电压增益为 (5-1-1)式中，yfeIE。在采用AGC电路实现对放大器增益的自动控制过程中，可利用改变晶体管发射极电流IE或改变负载电阻RL(RL=1/gL)，分别完成对yfe或g的控制，调整放大器的增益，达到自动增益控制目的。1改变发射极的电流IE图5-1-3为典型的中放管的IE曲线。由图可

9、以看出，当IE较小时，随的IE的增大而增大（ab段）；当IE增至某一值IEQ时，最大；若IE继续增大，则逐渐减小（bc段）。因此，根据晶体管的上述特点，利用AGC电压控制IE，就可以实现AGC。图5-1-3晶体管IE曲线利用IE曲线的上升部分（ab段）或下降部分（bc段）都可实现增益控制，前者称为反向AGC，后者称为正向AGC。在反向AGC中，IE必须随着|UAGC|的增大而减小，才能使下降，增益降低，因此起始工作点应选择在曲线上升部分的b点，其控制过程可表示为UimUom|UAGC|IE|yfe|Auo|Uom在正向AGC中，IE必须随着|UAGC|的增大而增大，才能使下降，增益降低，因此起

10、始工作点应选择在值较大处（b点），其控制过程可表示为UimUom|UAGC|IE|yfe|Auo|Uom图5-1-4(a)是反向AGC。反馈控制电压+UAGC加载到晶体管的发射极。输入信号增加时，通过小信号放大器的输出信号增加，反馈控制电压随之增大，晶体管发射极电位上升，uBE减小，发射极电流IE减小，利用反向作用可使放大器增益下降，从而使输出信号由增大变为趋于稳定。图5-1-4(b)也是反向AGC。反馈控制电压-UAGC加载到晶体管的基极。输入信号增加时，通过小信号放大器的输出信号增加，反向后的反馈控制电压随之减小，晶体管基极电位下降，uBE减小，发射极电流IE减小，利用反向作用可使放大器增

11、益下降，从而使输出信号由增大变为趋于稳定。图5-1-4(c)为正向AGC。反馈控制电压-UAGC加载到晶体管的发射极。输入信号增加时，通过小信号放大器的输出信号增加，反向后的反馈控制电压随之减小，晶体管发射极电位下降，uBE增大，发射极电流IE增大，利用正向作用可使放大器增益下降，从而使输出信号由增大变为趋于稳定。图5-1-4AGC电路反向AGC的优点是利用IE曲线较陡峭的上升部分实现对放大器增益的控制，因此控制灵敏度高。反向AGC对晶体管要求不高，使用普通的中、高频管即可，而且管子的电流不大，不致使管子的集电极损耗超过允许值。反向AGC的缺点是随着输入信号的增大，晶体管的工作点降得很低，动态

12、范围很小，即增益控制范围窄。为了克服反向AGC的缺点，应采用正向AGC，以增大增益控制范围，但要求工作电流较大时管子不被损坏。此外，为了使正向AGC增益控制灵敏，管子IE曲线的下降部分应较为陡峭。2改变放大器的负载RL改变放大器的负载RL是在集成电路组成的接收机中常用的实现AGC的方法。由于放大器的增益与负载密切相关，因此通过改变负载就可以控制放大器的增益。在集成电路中，受控放大器的部分负载通常是晶体管的发射极输入电阻（发射结电阻），若用AGC电压控制管子的偏流，则该电阻也随着改变，从而达到控制放大器增益的目的。当输入信号增加时，改变负载RL的控制过程可以表示为UimUom|UAGC|RLg|

13、Auo|Uom当输入信号减小时，改变负载RL的控制过程可以表示为UimUom|UAGC|RLg|Auo|Uom四、自动增益控制电路的类型根据输入信号的类型、特点以及控制的要求，AGC电路主要有简单AGC和延迟式AGC两种类型。简单AGC电路是只要接收机有外来信号输入，中频放大器有信号输出，AGC电路就立刻工作，产生误差控制电压|UAGC|去控制可控增益放大器。接收机的输入感应电动势eA与输出电压uo的关系曲线，称为AGC特性曲线。简单AGC与无AGC电路的传输特性如图5-1-5所示。无AGC电路的传输特性如曲线所示，接收机的输出电压uo随天线上感应电动势eA的增大而增大(不考虑外来信号过强时超

14、出晶体管的线性工作范围)。具有简单AGC电路的接收机，其增益随外来eA的增加而减小，如曲线所示。 图5-1-5简单AGC特性曲线 图5-1-6延迟式AGC特性曲线简单AGC电路的主要缺点是，一有输入信号，AGC立刻起作用，接收机的增益就因受控制而减小。这对提高接收机的灵敏度是不利的，尤其在外来信号很微弱时，不利一面表现尤为突出。为了克服这个缺点，也就是希望输入信号小于某值时，AGC不起作用，与无AGC电路输出电压相同，只有当输入信号大于该值时AGC才起作用，为此可采用延迟式AGC电路。延迟式AGC电路的特性曲线如图5-1-6所示。图中，当eAEA0时，AGC电路才开始工作，这时虽然外来输入信号

15、继续增强，但接收机的输出电压却能因为高频放大器或中频放大器的增益降低而维持不变。延迟式AGC的优点在于既能保证接收机有高的灵敏度，又能保证输出电压幅度恒定。延迟式AGC的原理电路如图5-1-7所示。二极管VD和负载R1C1组成包络检波器，检波输出电压经RC低通滤波器滤波，取出直流AGC电压。另外，在二极管上加有一负电压EA0(由负电源分压获得)，称为延迟电压。图5-1-7延迟式AGC电路当天线上的感应电动势eA很小时，AGC检波器的输入电压也比较小，由于延迟电压的存在，AGC检波器的二极管将处于截止状态，没有AGC电压输出，因此没有AGC作用。只有当eA大到一定程度(eAEA0)，使检波器输入

16、电压的幅值大于延迟电压后，AGC检波器才工作，产生AGC作用。调节延迟电压可改变EA0的数值，以满足不同的要求。由于延迟电压的存在，信号检波器必须要与AGC检波器分开，否则延迟电压会加到信号检波器上去，使外来信号小时不能检波，而信号大时又产生非线性失真。当eA变化范围一定时，接收机输出电压uo的变化越小，AGC的性能越好，通常以此作为AGC的质量指标。例如，收音机的AGC指标为：输入信号强度变化26dB时，输出电压的变化不超过5dB。在高级通信机中，AGC指标为：输入信号强度变化60dB时，输出电压的变化不超过6dB，输入信号在10uV以下时，AGC不起作用。为了提高AGC的能力，可在AGC检

17、波器的前面或后面再增加放大器。这种电路成为延迟放大式AGC电路，其电路方框图分别如图5-1-8(a)、(b)所示。图5-1-8延迟放大式AGC电路方框图5-1-2计划决策通过任务分析和对相关资讯的了解，讨论学习的计划并选定最优方案。计划和决策（参考）第一步了解反馈控制电路的概念、组成第二步理解反馈控制的基本原理第三步了解反馈控制电路的类型、特点及应用第四步理解自动增益控制的工作原理和电路类型5-1-3任务实施学习型工作任务单学习领域通信电子线路学时72（参考）学习项目项目5让电路自动调整性能-认识反馈控制电路学时8工作任务5-1自动增益控制电路学时2班 级小组编号成员名单任务描述1了解反馈控制

18、电路的概念、组成；2理解反馈控制的基本原理；3了解反馈控制电路的类型、特点及应用；4理解自动增益控制的工作原理和电路类型。工作内容1什么叫反馈？反馈控制电路的概念是什么？2反馈控制电路由哪些部件组成，怎样工作？3反馈控制电路有哪些类型，各有什么特点，应用于哪些场合？4自动增益控制电路的工作原理是什么？5自动增益控制电路有哪些类型，各有什么特点？提交成果和文件等1反馈控制电路的概念、组成、类型、特点、应用领域对照表；2自动增益控制电路的工作原理和实现方法对照表；3学习过程记录表及教学评价表（学生用表）。完成时间及签名5-1-4展示评价1教师及其他组负责人根据小组展示汇报整体情况进行小组评价；2学

19、生展示汇报中，教师可针对小组成员的分工，对个别成员进行提问，给出个人评价；3组内成员自评表及互评表打分；4本学习项目成绩汇总；5评选今日之星。5-1-5试一试1反馈控制电路是利用 的原理实现对 的调节与控制。2反馈控制电路之所以能控制输出参量并使之稳定，其主要原因在于它能够利用反馈量与参考量之间的 实现对电路的控制，即利用存在的 来减小误差。因此，在控制过程中，被控制量始终存在 ，反馈控制只是维持误差在一定范围，并 消除误差。3反馈控制电路主要有三种，分别是 、 、 。4自动增益控制电路(AGC)的主要功能是根据 的大小，自动调整接收机的增益，从而使接收机在输入信号幅度忽大忽小变化时保持输出信

20、号 。即当输入信号很弱时，接收机的增益 ；当输入信号很强时，接收机的增益 。这样，当信号场强变化时，接收机输出端的 。5自动频率控制电路(AFC)，又称 ，主要用于电子设备中稳定振荡器的振荡频率。它利用反馈控制量自动调节振荡器的 ，使振荡器稳定在某一预期的 附近。6自动相位控制电路(PLL)用于锁定 ，实现 反馈控制。7自动增益控制电路的控制原理有两种，分别是 、 。8根据输入信号的类型、特点以及控制的要求，AGC电路主要有 和 两种类型。9已知某AGC电路如图5-1-9所示，试判断它们是正向AGC还是反向AGC。 图5-1-9AGC电路5-1-6练一练1调研分析：收音机中有无反馈控制电路，若有，是哪种类型的反馈控制电路。