自動(dòng)增益控制(AGC)

1、任務(wù)一自動(dòng)增益控制（AG。電路任務(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）。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（

2、AGQ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的作用自動(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)幅度在很小范圍內(nèi)變化的一種自動(dòng)控制電路。2. AGC的組成框圖自動(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

3、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)其 輸 出 信 號(hào)的 控 制， 控 制 電 壓是由電壓比較器產(chǎn)生的誤差電壓經(jīng)控制電壓產(chǎn)生器變換后得到的，增益可寫它 是 誤 差 電 壓或控制電壓）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（ 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

4、。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

5、放大。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(hào)電壓電壓比較器增益為服從下列關(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 壓的變換。變換為適合可變?cè)鲆娣糯笃餍枰目刂齐?這種變換可以是幅度的放大或電壓極性為控制電壓產(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(guò)程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)較小時(shí)，輸出信號(hào)幅度也較小，經(jīng)電平檢測(cè)器、

6、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 于不能改變比較器的輸出電壓，也就不可能產(chǎn)生控制電壓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)，稱為比較器的門限電壓。0， 在 這 種 情 況 下幅增大時(shí)，相應(yīng)的直流放大器輸出電壓2) 當(dāng)輸入信號(hào)振幅增大使輸出信號(hào)的振也增大，當(dāng)大于或等于基準(zhǔn)電壓，即當(dāng)時(shí)，比較器的輸出誤差電壓將隨之改變，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)減小;反之，當(dāng)輸入電壓減小使輸出電壓減小時(shí)，環(huán)路產(chǎn)生的控制信號(hào)將使可控

7、增益放大器的增益入電壓增加。可見(jiàn)，通過(guò)環(huán)路的控制作用，無(wú)論輸增加或減小，輸出信號(hào)電平僅在較小的范圍內(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（AG?；蜃詣?dòng)電平控制（ALQ的目的。二、AGC的控制特性自動(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AGCo 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。圖3-5-3 AGC的控制特性曲線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)

8、范圍越寬，性能越好。AGC電路的輸入動(dòng)態(tài)范圍AGC電路的輸出動(dòng)態(tài)范圍AGC電路的動(dòng)態(tài)范圍就是輸入動(dòng)態(tài)范圍與輸出動(dòng)態(tài)范圍之比，也稱為放大器的增益控制倍數(shù)，用表示其中，生在輸入信號(hào)為最小時(shí);為放大器的最大電壓增益，它一般發(fā)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)?？?見(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)，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)

9、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)輸出電平變化為土?xí)r，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40dB。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)

10、的響應(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/5屯瞬攵鞠 碓嬌恚 蛔熠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)鲆娣糯笃鳌?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(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)納又與晶體管工作點(diǎn)有關(guān)，改變發(fā)射極平均電流(或集電極平均電流), 就 可 以 使隨之改變，從而達(dá)到控制放大器增益的目的。3-5-4圖特性曲線，如

11、果放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)選在減 小 而 下 降 ， 稱 為 反 向AGC； 當(dāng)圖3-5-4晶體管AGC。特性曲線對(duì)于反向AGC， 要求隨著輸入信號(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?可以從發(fā)射極注入，也可以從基極注入，如圖3-5-5 所示?？刂齐妷簶O性取決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AGG3-5-5a ) 所 示 電 路 中 ， 當(dāng)放 大 器 增 益因而是反向 AGC電路；圖3-5-5b）所示路中放 大 器 增 益

12、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。b)a)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(jì)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)管的都隨漏極電流而變，所以，場(chǎng)效應(yīng)管都具有反向 AGC功能,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

13、場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成可控增益高頻放大器，其中柵極加信號(hào)引 入 AGC 控 制 電 壓發(fā)生變化時(shí)，將引起改變，從而導(dǎo)致放大器增益發(fā)生變化。圖3-5-6FET關(guān)系曲線2）改變放大器的負(fù)載有關(guān)，調(diào)節(jié)由于放大器的增益與負(fù)載也可以實(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?，?dǎo)極二極管動(dòng)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。圖3-5-

14、7采用阻尼二極管的 AGC電路改變恒流源電流（ 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、,或改變發(fā)射極負(fù)反饋深度方 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 壓的基極上，放大后的信號(hào)集電極輸出，增益控制電壓基 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)的分配比例取決于控制 電壓足 夠 大， 使 得則電流全部流過(guò)即和0，此時(shí)放大器將沒(méi)有輸出，增益等于零。中一部分 電流流過(guò)產(chǎn) 生 輸 出 電 壓,此時(shí)放大器具有一定的增益，并且增益將的變化而改變。

15、這種電路的最小增益0， 最 大 增 益圖 3-5-8 改變電流分配比的增益控制電路管的跨導(dǎo)。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。b)a)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 二極管和二二極管電控衰減器的基本原理是電阻的 動(dòng) 態(tài) 電 阻構(gòu)成一個(gè)分壓器，當(dāng)控制電壓變化時(shí)隨之

16、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，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 kQ ,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 10 lO kQ,因而用單級(jí)二極管電控衰減器構(gòu)成的可變?cè)鲆娣糯笃髟鲆孀兓秶蛇_(dá)16dB左右，

17、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)35dB。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AGC主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和有AGC兩種情況下輸出電壓的變化范圍(2)測(cè)量AGC的增蓋控制范圍3實(shí)驗(yàn)原理圖3-5-10所示電路為 AGC實(shí)驗(yàn)電路。圖 3-5-10 自動(dòng)增益控制(AGC)對(duì)接收機(jī)中AGC 的要求是：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 作 為 小 信 號(hào) 選 頻 放 大 器 并 帶 有 AGC 的 電 路 圖 ，為陶瓷濾波

18、器(中心頻率為），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 管進(jìn) 入 AGC 反 饋 電 路為檢波負(fù)載，這是一個(gè)簡(jiǎn)單的二極管包絡(luò)檢波器。運(yùn)算放大器為直流放大器，其作用是提高 控制靈敏度。檢波 負(fù) 載的 時(shí) 間 常數(shù)應(yīng)遠(yuǎn)大于調(diào)制信號(hào)（音頻）的一個(gè)周期，以便濾除調(diào)制信號(hào)，避免失真。這樣，控制電壓是正比于載波幅度的。時(shí)間常數(shù)過(guò)大也不好， 它將跟不上信號(hào)在傳播過(guò)程中發(fā)生的隨機(jī)變化。,寸跨接于運(yùn)放的輸出端與反嘲淙攵說(shuō)牡是進(jìn)一步濾除控制信號(hào)中的調(diào)制頻率分量， 而二極管輸出控制電壓進(jìn)行限幅。提供比較電壓，反相放大器2 、 3 兩端電位