任务 5.1 自动增益控制电路

1. 任务5.1自动增益控制电路

2. 任务5.1 自动增益控制电路 § 5.1.1 反馈控制电路概述 § 5.1.2 自动增益控制

3. 本讲导航 § 5.1.1 反馈控制电路概述 § 5.1.2 自动增益控制 教学目的 1．了解反馈控制系统的概念、功能、类型、特点及基本原理 2 ．理解AGC电路的组成、工作原理、性能分析及应用

4. 教学重点及难点 AGC控制方式及其原理

5. § 5.1.1 反馈控制电路概述一 . 反馈控制电路的概念 反馈 控制电路 在通信系统和电子设备中，为了提高它们的性能指标或实现某些高性能要求，广泛采用各种类型的控制电路。 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。 若反馈系统都是闭环的系统，则称为环路系统。

6. 二 . 反馈控制电路的系统框图 图9-1 反馈控制电路的组成方框图 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.

7. 1 . 各部分的功能 (1)参考部件产生标准的物理量； (2)比较部件产生误差信号； (3)控制部件产生控制信号； (4)被控部件产生输出物理量，扰动代表各种使 输出量变动的因素； (5)测量部件是反馈网络。

8. 其中，XO为系统输出量，XI为系统输入量，也就是其中，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，然后由被控部件产生输 出量。

9. 2 . 工作过程 (1)标准:Xo与XI具有确定的关系，即Xo= f (XI) (2)偏移:当Xo≠ f (XI) 时，产生误差量 Xe= f (XI- Xo) (3)控制与调整：Xe→被控对象→恢复Xo= f (XI)

10. 图上所示X参量可以是电压（电流）、频率或相位，图上所示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。

11. 三. 反馈控制电路的类型及特点 自动 增益控制 自动 频率控制 锁相环路 自动增益控制AGC，它主要用于接收机中，以维持整机输出恒定，几乎不随外来信号的强弱而变化。 锁相环路PLL，又称自动相位控制，用于锁定相位，实现无频差反馈控制。其功能强大，应用广泛。 自动增益控制AFC，又称自动频率微调，主要用于电子设备中稳定振荡器振荡频率。

12. 自动增益控制电路(AGC)，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：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。

13. 自动频率控制电路(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。 锁相环（PLL）：实现无频差的频率控制。

14. 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。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。

15. § 5.1.2 自动增益控制(AGC)一. 概念、功能及应用 (一) . 概念 (二) . 必要性 影响接收机性能的因素： (1)接收的信号为不同的功率、不同的距离。 • (2) 接收机的环境(温度、噪声等)会发生变化。 • (3) 由于电离层的变化，使接收的信号有衰落。 • (4) 接收机与发射机之间的相对距离发生变化。 • (5) 电源电压不稳定。

16. (三) . 功能 当输入信号弱时，接收机增益大；输入信号强时，接收机增益小。这样，当输入信号强弱变化时，输出信号基本不变。 (二) . 必要性 各因素的影响： (1)接收的信号强弱时变，若接收机增益不变，输出信号必然强弱时变。 • (2) 接收机的电源稳定性、内部噪声、环境因素的时变性使放大器增益时变，输出信号随之变化。

17. 二. 自动增益控制的工作原理 AGC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基本不变。 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AGC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。

18. 图9-2 具有AGC的超外差式调幅接收机方框图

19. 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)，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|）。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)，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，就达到自动增益控制的目的。

20. 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省去，有时AGC电压只控制中放的增益。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省去，有时AGC电压只控制中放的增益。 AGC电路至少应包括： (1)产生一个随输入信号大小而变化的控制电压， 即AGC电压； (2)利用此AGC电压去控制相关可控增益放大器， 实现AGC。

21. 为了实现自动增益控制，必须有一个随输入信号强度而改变的电压，称为AGC电压。 然后利用该AGC电压去控制接收机有关级的增益，达到AGC的目的。 AGC电压可正可负，分别用＋UAGC和-UAGC表示。 AGC 电压 特点

22. 三. AGC的控制实现方法: 高放、中放的增益 Auo=p1 p2|yfe| / g∑ 其中,|yfe|与IEQ成正比，即|yfe|∝IEQ或ß∝IEQ。 可见，控制 Auo的方法有两种： 1.改变发射极电流IEQ； 2.改变放大器的负载，使g∑随增益而变化。

23. 1 . 改变发射极电流IEQ(分立电路) 图9-3 晶体管β~I曲线 当IE较小时，β随的IE的增大而增大（ab段）；当IE增至某一值IEQ后，β最大；若IE继续增大，则β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。

24. 利用β~IE曲线的上升部分（ab段）称为反向自动增益控制(简称反向AGC);利用β~IE曲线的上升部分（ab段）称为反向自动增益控制(简称反向AGC); 利用β~IE曲线的下降部分（bc段）称为正向自动增益控制(简称正向AGC)。

25. 在反向AGC（ab段）中，IE必须随着|±UAGC|的增大而减小，才能使β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: Uim↑→Uom↑→|±UAGC|↑→IE↓→β↓→| yfe |↓→|Auo|↓→Uom↓

26. 在正向AGC（bc段）中，IE必须随着|±UAGC|的增大而增大，才能使β下降，增益降低，因此起始工作点应选择在β值较大处（b点），其控制过程可表示为: Uim↑→Uom↑→|±UAGC|↑→IE↑→β↓→| yfe |↓→|Auo|↓→Uom↓

27. (1)反向AGC控制 Ui↑→ UAGC↑ → IEQ↓→ |yfe|↓→ Auo↓ 相当于负反馈 (2)正向AGC控制 Ui↑→ UAGC↑ → IEQ↑→ |yfe|↓→ Auo↓ 相当于正反馈

28. AGC的实现电路: (a)反向AGC (b)反向AGC (c)正向AGC 图9-4 改变IE的AGC电路

29. 反向AGC的优点:利用β~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的优点:利用β~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:随着输入信号的增大，晶体管的工作点降得很低，动态范围很小，即增益控制范围窄。

30. 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β~IE曲线的下降部分应较为陡峭。

31. 2 . 改变放大器的负载(集成电路) 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。

32. 当输入信号增加时，改变负载RL的控制过程可以表示为:当输入信号增加时，改变负载RL的控制过程可以表示为: Uim↑→Uom↑→|±UAGC|↑→RL↓→gΣ↑→|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 Uim↓→Uom↓→|±UAGC|↓→RL↑→gΣ↓→|Auo|↑→Uom↑ 从而达到调整输出，即实现自动增益控制目的。

33. 四 . 自动增益实现的类型 图12-2 简单AGC特性曲线 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。 (1) AGC特性曲线:接收机输出电压uo与输入感应电动势eA的关系曲线。 (2) 无AGC时，uo随eA增大而线性增大，增益不变。 (3) 具有简单AGC时，uo随eA增大而非线性增大，表明接收机增益随外来信号的增加而减小。 1 .简单AGC

34. 图12-2 简单AGC特性曲线 1 .简单AGC 缺点： (1)一有外来信号，AGC立即起作用，接收机的增益就会因受控制而减小； (2)接收机的灵敏度不高，尤其当外来信号很弱时，不利表现尤为突出。 解决思路：信号大于某值时，AGC才起作用。

35. 图12-2 简单AGC特性曲线 特点： (1)当 eA>EA0时，AGC电路起作用，表现为输入信号增加，增益下降； (2)当 eA<EA0时，AGC电路不起作用，增益稳定； (3)能自动调节环境因素引起的增益变化。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。 2 .延迟式AGC

36. 电路: 图9-7 延迟式AGC电路

37. 延迟式AGC的改进： 为了提高AGC的能力， 可在AGC检波器的前面或 后面在增加放大器 ，构成 延迟放大式AGC电路。 延迟式AGC改进电路: 图12－1－4 延迟放大式AGC原理框图

38. 本节小结： • 1 . 自动增益控制的目的 • 使接收机输出信号基本不变。 • 2 . AGC的控制过程及增益控制的实现 • (1)改变发射极电流IEQ； • (2)改变放大器的负载。 3. AGC的实现电路 (1)简单AGC； (2)延迟式AGC 。

39. 本讲作业 1.反馈控制电路有哪些类型,各自的功能是什么? 2.简述自动增益控制的控制原理。