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接收机
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接收机增益自动控制电路的设计,接收机,增益,自动,控制电路,设计
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第 35 页绪 论随着微电子技术、计算机网络技术和通信技术等行业的迅速发展，自动增益控制电路越来越被人们熟知并且广泛的应用到各个领域当中。自动增益控制线路，简称AGC线路，A是AUTO（自动），G是GAIN（增益），C是CONTROL（控制）。它是输出限幅装置的一种，是利用线性放大和压缩放大的有效组合对输出信号进行调整。当输入信号较弱时，线性放大电路工作，保证输出声信号的强度；当输入信号强度达到一定程度时，启动压缩放大线路，使声输出幅度降低，满足了对输入信号进行衰减的需要。也就是说，AGC功能可以通过改变输入输出压缩比例自动控制增益的幅度，扩大了接收机的接收范围，它能够在输入信号幅度变化很大的情况下，使输出信号幅度保持恒定或仅在较小范围内变化，不至于因为输入信号太小而无法正常工作，也不至于因为输入信号太大而使接收机发生饱和或堵塞。在电路设计中，这种线路被大量的运用，从尖端的雷达技术到日常的广播电视系统，自动增益控制无疑很好的解决了各种技术中存在的信号强度问题。目前，实现自动增益控制的手段有很多，在本文中，主要研究的是如何以放大器来实现自动增益控制的目的，也就是自动增益控制放大器。1自动增益控制1.1自动增益控制电路（AGC）存在的意义接收机的输出电平取决于输入信号电平以及接收机的增益。而在实际接收过程中，因各种原因会导致接收到的信号电平发生很大波动（弱的几微伏，强的几百毫伏）。 1.如果接收机增益强信号能正常接收，而弱信号将接收不到，造成信号的丢失。 2.如果接收机的增益弱信号能正常接收，而强信号有可能使接收机过载而导致阻塞。 因此，人们期望接收机的增益随输入信号的强弱而变化，即输入信号弱时，接收机增益升高；输入信号强时，接收机增益减小，以补偿输入信号强弱的影响，达到减小输出信号电平变化的目的。1.2自动增益控制的基本概念接收机的输出电平取决于输入信号电平和接收机的增益。由于各种原因，接收机的输入信号变化范围往往很大，信号弱时可以是一微伏或几十微伏，信号强时可达几百毫伏，最强信号和最弱信号相差可达几十分贝。这个变化范围称为接收机的动态范围。影响接收机输入信号的因素很多，例如：发射台功率的大小、接收机离发射台距离的远近、信号在传播过程中传播条件的变化(如电离层和对流层的骚动、天气的变化)、接收机环境的变化(如汽车上配备的接收机)，以及人为产生的噪声对接收机的影响等。为了防止强信号引起的过载，需要增大接收机的动态范围，这就要有增益控制电路。能够使放大电路的增益自动地随信号强度而调整的控制电路，简称自动增益控制AGC (Automatic Gain Control)电路，它能够在输入信号幅度变化很大的情况下，使输出信号幅度保持恒定或仅在较小范围内变化，不至于因为输入信号太小而无法正常工作，也不至于因为输入信号太大而使接收机发生饱和或堵塞。常用来使系统的输出电平保持在一定范围之内，因而也可以称为自动电平控制。当前，该电路已广泛用于各种接收机、录音机和信号采集系统中，另外在光纤通信、微波通信、卫星通信等通信系统以及雷达、广播电视系统中也得到了广泛的应用。AGC电路目前概括起来有模拟AGC和数字AGC电路。AGC环路可以放在模拟与数字电路之间，增益控制算法在数字部分来实现，合适的增益设置反馈给模拟可变增益放大器（VGA）。现在出现的自动增益控制方法可以分为以下3类：基于电路反馈的自动增益控制；基于光路反馈的自动增益控制；光路反馈和电路反馈相结合的自动增益控制。本文中要研究的是基于电路反馈的利用放大器实现的自动增益控制。1.3自动增益控制的原理 在工程技术领域中，随着自动化程度的提高，已广泛自动控制系统。在自动控制系统中，通常存在着反馈控制。所谓反馈控制就是利用反馈信号对系统进行控制。 控制系统一般有三种，闭环控制系统、半闭环控制系统、开环控制系统。闭环控制系统一般由给定元件、反馈元件、比较元件、放大元件、执行元件及校正元件等单元组成。当一个控制系统的框图中没有反馈回路时，称之为开环系统。开环系统较闭环系统简单，其系统组成中没有反馈元件和比较元件。开环控制系统可视为反馈量为零的特殊的闭环控制系统。半闭环控制系统介于闭环控制系统和开环控制系统之间。 由于在设计自动增益控制电路时，需要对输出信号与输入信号进行比较，所以要运用闭环反馈控制系统进行反馈控制。自动增益控制电路组成框图如图1.1所示（1）可控增益放大器用于放大输入信号ui，其增益大小取决于控制电压UC。（2）振幅检波器、直流放大器和比较器共同构成反馈控制器 可控增益放大器的输出交变信号振幅检波器变成直流信号经直流放大器放大输出在比较器中与参考电平UR比较产生直流控制电压UC用于控制可控增益放大器的增益。ui反馈控制器 UC比较器直流放大器振幅检波器可控增益放大器AuURuo图1.1自动增益控制电路组成框图工作原理 当输入ui幅度增加而使输出uo幅度增加时通过反馈控制器产生的控制电压UC就会使Au减小；反之依然。 这样，通过环路的反馈控制作用，可使输入信号ui幅度增大或减小时，输出信号uo幅度基本保持恒定或在一个很小的范围内变化，从而实现自动增益控制的目的。自动增益控制电路的作用是：当输入信号电压变化很大时，保持接收机输出电压恒定或基本不变。具体地说，当输入信号很弱时，接收机的增益大，自动增益控制电路不起作用；当输入信号很强时，自动增益控制电路进行控制，使接收机的增益减小。这样，当接收信号强度变化时，接收机的输出端的电压或功率基本不变或保持恒定。因此对AGC电路的要求是：在输入信号较小时，AGC电路不起作用，只有当输入信号增大到一定程度后，AGC电路才起控制作用，使增益随输入信号的增大而减少。 为实现上述要求，必须有一个能随外来信号强弱而变化的控制电压或电流信号，利用这个信号对放大器的增益自动进行控制。由上述分析可知，调幅中频信号经幅度检波后，在它的输出中除音频信号外，还含有直流分量。直流分量大小与中频载波的振幅成正比，也即与外来高频信号成正比。因此，可将检波器输出的直流分量作为AGC控制信号。AGC电路工作原理：可以分为增益受控放大电路和控制电压形成电路。增益受控放大电路位于正向放大通路，其增益随控制电压U0而改变。控制电压形成电路的基本部件是AGC整流器和低通平滑滤波器，有时也包含门电路和直流放大器等部件。1.4自动增益控制放大器目前,实现自动增益控制的手段很多,典型的有压控放大器,也就是本文所要研究的自动增益控制放大器。它是通过调整放大器一个控制端的电压,就可以实现调节这个放大器的增益。因此,我们就可以通过反馈电路采集输出端的电压,通过调整网络后(调整网络的功能就是规定的调整策略)加到放大器的控制端.就可以实现自动增益控制。1.5本课题的研究内容本文设计的电路主要是应用于视频放大的前级电压放大，因此设计的电路需容纳的频带范围应较宽，以至于使视频信号通过。由于由于信号的脉冲宽度是0.3微秒，重复频率1.875千赫兹，幅度波动范围是1.5-3.0伏，之间，并且电路应该实现增益的闭环调节，通过此电路可以实现增益的自动调整，以至于使视频信号强时自动减小放大器的倍数，信号弱时自动增大放大器的倍数，从而实现信号的自动调节。2 自动控制增益电路增益的计算2.1 自动控制增益计算2.1.1计算原理自动增益控制电路是一种在输入信号变化很大的情况下，通过调节可控增益放大器的增益，使输入信号幅值基本恒定或仅在小范围内变化的一种电路，其组成方框图如下： 输入信号振幅为，输出信号振幅为,可控放大器增益为，即其是控制信号的函数，则有：= ()2.1.2 比较过程在AGC电路里，比较参量是信号电平，所以采用电压比较器。调整网络由电平检测器、低通滤波器和直流放大器组成。反馈网络检测出信号振幅电平（平均电平或峰值电平），滤去不需要的较高频率分量，然后进行适当放大后与恒定的参考电平比较，产生一个误差信号。控制信号发生器在这里可看作是一个比例环节，增益为k1 。若减小而使减小时，环路产生的控制信号将使增益增大，从而使趋于增大。若增大而使增大时，环路产生的控制信号将使减小，从而使趋于减小。无论何种情况，通过环路反馈不断地循环反馈，都应该使输出信号振幅保持基本不变或仅在较小范围内变化。2.1.3 滤波器的作用环路中的低通滤波器是非常重要的。由于发射机功率变化，距离远近变化，电波传播衰落等引起信号强度的变化是比较缓慢的，所以整个环路应具有低通传输特性，这样才能保证仅对信号电平的缓慢变化有控制作用。尤其当输入为调幅信号时，为了使调幅波的有用幅值变化不会被自动增益控制电路的控制作用所抵消（此现象称为反调制），必须恰当的选择环路的频率响应特性，使对高于某一频率的调制信号的变化无响应，而仅对低于这一频率的缓慢变化才有控制作用。这就主要取决于低通滤波器的截止频率。2.1.4 控制过程说明设输出信号振幅与控制电压的关系为： 根据式= ()则有：其中又有式中的是控制信号为零时所对应的输出信号振幅，和是相应的输入信号振幅和放大器增益，和皆为常数，表示均线性控制。若低通滤波器对于直流信号的传递函数，当误差信号时，有图（）可写出和、之间的关系：当输入信号振幅且保持恒定时，环路经自身调节后达到新的平衡状态，这时的误差电压又从以上两式可知，否则与式（）比较，将有，与条件不符合。同时也说明，即AGC电路是有电平误差的控制电路。式中、和均为比例系数。2.2 主要性能指标AGC电路的主要性能指标有两个：一是动态范围，二是响应时间。2.2.1 动态范围AGC电路是利用电压误差信号去消除输入信号振幅与理想电压振幅之间电压误差的自动控制电路。所以，当电路达到平衡状态后，仍会有电压误差存在，从对AGC电路的实际要求考虑，一方面希望输出信号振幅的变化越小越好，即与理想电压振幅的误差越小越好；另一方面也希望容许输入信号振幅的变化越大越好，也就是说，在给定输出信号幅值变化范围内，容许输入信号振幅的变化越大，则表明AGC电路的动态范围越宽，性能越好。设是AGC电路限定的输出信号振幅最大值与最小值之比（输出动态范围），即：为AGC电路容许的输入信号振幅最大值与最小值之比（输入动态范围），即：则有：=上式中，是输入信号振幅最小时可控增益放大器的增益，显然，这应是它的最大增益。是输入信号振幅最大时可控增益放大器的增益，显然，这应是它的最小增益。比值越大，表明AGC电路输入动态范围越大，而输出动态范围越小，则AGC性能越佳，这就要求可控增益放大器的增益控制倍数尽可能大。也可称为增益动态范围，通常用分贝数表示。2.2.2 响应时间AGC电路是通过对可控增益放大器增益的控制来实现对输出信号振幅变化的限制，而增益的变化有取决于输入信号振幅的变化。所以，要求AGC电路的反应既要能跟得上输入信号振幅的变化速度，又不会出现反调制现象，这就是响应时间特性。对AGC电路的响应时间长度的要求取决于输入信号的类型和特点，根据响应时间长短分别有慢速AGC和快速AGC之分。而响应时间长短的调节由环路带宽决定，主要是低通滤波器的带宽。低通滤波器带宽越宽，则响应时间越短，但容易出现反调制现象。2.3 电路类型根据输入信号的类型、特点以及对控制的要求，AGC电路主要有两种类型。2.31 简单AGC电路在简单AGC电路里，参考电平。这样，无论输入信号振幅大小如何，AGC的作用都会使增益减小，从而使输出信号振幅减小。其输出特性如图（）所示。简单AGC电路的优点是线路简单，在实用电路里不需要电压比较器；缺点是对微弱信号的接收很不利，因为输入信号振幅很小时，放大器增益仍会受到反馈控制而有所减小，从而使接收机灵敏度降低。所以，简单AGC电路适用于输入信号振幅较大的场合图（）简单AGC电路输入输出特性图（）延迟AGC电路的输入输出特性2.3.2 延迟AGC电路在延迟AGC电路里有一个起控门限，即比较器参考电平。由式（）可知它对应的输入信号振幅即为，也就是图（）的。当输入信号小于时，反馈环路断开，AGC不起作用，放大器增益不变，输出信号与输入信号成线性关系。当大于后，反馈环路接通，AGC电路开始产生误差信号，使放大器增益有所减小，保持输出信号基本恒定或仅有微小变化。当输入信号大于后，AGC作用消失。可见，与区间即为所容许的输入信号的动态范围，与区间即为对应的输出信号的动态范围。这种AGC电路由于需要延迟到之后才开始起控制作用，故称为延迟AGC。“延迟”二字不是指时间上的延迟。2.4 可控增益放大器控制放大器增益的方法主要有两种：一种方法是通过改变放大器本身的某些参数，如发射极电流、负载、电流分配比、恒流源电流、负反馈大小等等来控制其增益；另一种方法是插入可控衰减器来改变整个放大器的增益。下面介绍两种常用电路。晶体管增益控制电路晶体管放大器的增益取决于晶体管正向传输导纳，而又与晶体管工作点有关，所以，改变发射极平均电流就可以使随之改变，从而达到控制放大器增益的目的图（4）晶体管特性图（4）是晶体管特性曲线，其中实线是普通晶体管特性，虚线是AGC管特性。如果把静态工作点选在点，当时，随增加而下降，称为反向AGC；当时，随增加而下降，称为正向AGC。对于反向AGC，当输入信号增强时，希望增益减小，即减小，则应该减小，所以的变化方向与输入信号的变化方向正好相反，故称为反向AGC。而对于正向AGC，当输入信号增强时，为使增益减小，应该增大，所以的变化方向输入信号的变化方向相同。控制电压既可以发射极送入，也可以从基极送入。反向AGC的优点是工作电流较小，对晶体管安全工作有利，但工作范围较窄，而正向AGC正好相反。为了克服正向AGC工作电流较大的缺点，在制作晶体管时可以使其特性的峰值点左移，同时使右端曲线斜率增大。专供增益控制用的AGC管大多是正向AGC管。这种电路的缺点是，当工作电流变化时，晶体管输入输出电阻、电容也会发生变化，因此将影响放大器的幅频特性、相频特性和回路Q值。但由于电路简单，在一些要求不太高的AGC电路中仍被广泛应用。图2.1是简单AGC电路。组成低通滤波器，从检波后的音频信号中取出缓变直流分量作为控制信号直接对晶体管进行增益控制。经分析可知，这是反向AGC。调节可变电阻，可以使低通滤波器的截止频率低于解调后音频信号的最低频率，避免出现反调制。图2.2是集成电路中常用的发射极负反馈增益控制电路。和组成差分放大器。信号从、的两个基极双端输入，从两个集电极双端输出，控制信号从管基极注入。两个二极管、和电阻、构成发射极负反馈，且有，。二极管、导通与否取决于和上的压降。 图2.1 简单AGC电路 图2.2 发射极负反馈增益控制电路当控制电压很小时，很小，流经和上的平均电流各为。如小于二极管导通电压，则二极管、截止，这时差分放大器增益最小，在满足深度负反馈条件时，双端输出增益可写成当控制电压逐渐增大，增加，使大于二极管导通电压，则、导通，导通电阻将随着导通电流的增加而减小。如取值较大，随着的增加，二极管的分流作用越来越大，越来越小，发射极等效电阻也越来越小，负反馈作用越来越弱，差分放大器增益越来越大，控制过程为。这时的增益表达式为：可见，利用这种电路进行增益控制时，控制电压应随着输入信号增大而减小。3 自动增益控制放大器的电路设计3.1 电路原理图图3.1 自动增益控制电路图图3.1中，电输入信号由J4或者是声音信号由MK1进入经电容C12滤波滤掉直流信号得到交流信号后送往运放 JP2 的同相输入端8脚，经过运算放大器的作用得到一个输出信号，即可达到一个自动增益控制电路。3.2 电路元器件选择3.2.1 运算放大器人们用的最熟悉和用得最多的音频处理电路就是普通的运算放大器。一般可将运放简单地视为：具有一个信号输出端口（Out）和同相、反相两个高阻抗输入端的高增益直接耦合电压放大单元，因此可采用运放制作同相、反相及差分放大器。运算放大器是用途广泛的器件，接入适当的反馈网络，可用作精密的交流和直流放大器、有源滤波器、振荡器及电压比较器。 运放的供电方式一般采用双电源供电，其输出可在零电压两侧变化，在差动输入电压为零时输出也可置零。当然，在需要时也可采用单电源供电方式。 图3.2运算放大器电路符号如果以电路符号来表示运算放大器，则如图3.2所示，可表示为三角形。它的两个输入部分分别叫做非倒相输入(1N)和倒相输入(IN)。它以极大的放大率将倒相输入端与非倒相输人端之间的电压放大，然后从输出端(OUT)输出。在该电路中，运算放大器采用MAX9814。MAX9814是一款低成本、高性能放大器，具有自动增益控制(AGC)和低噪声信号偏置。器件具有低噪声前端放大器、可变增益放大器(VGA)、输出放大器、信号偏置电压发生器和AGC控制电路。 低噪声前置放大器具有12dB固定增益；VGA增益根据输出电压和AGC门限在20dB至0dB间自动调节。输出放大器提供可选择的8dB、18dB和28dB增益。在未压缩的情况下，放大器的级联增益为40dB、50dB或60dB。输出放大器增益由一个三态数字输入编程。AGC门限由一个外部电阻分压器控制，动作/释放时间由单个电容编程。动作/释放时间比由一个三态数字输入设置。AGC保持时间固定为30ms。低噪声麦克风偏置电压发生器可为绝大部分驻极体麦克风提供偏置。 MAX9814提供节省空间的14引脚TDFN封装。该器件额定工作于-40C至+85C扩展级温度范围。MAX9814的内部结构图如图3.3所示，接脚图如图3.4所示，电路接法如图3.5（a）、(b)所示：图3.3 MAX9814的内部结构图MAX9814的特性：(a). 自动增益控制(AGC) (b). 3种增益设置(40dB、50dB、60dB) (c). 可编程动作时间 (d). 可编程动作和释放时间比 (e). 2.7V至5.5V电源电压范围 (f). 低输入噪声密度30nV/ (g). 低THD：0.04% (典型值) (h). 低功耗关断模式 (i). 内置2V低噪声麦克风偏置 (j). 提供节省空间的14引脚TDFN (3mm x 3mm)封装(k). -40C至+85C扩展级温度范围 图3.4 MAX9814的接脚 图3.5 MAX9814的电路接法3.2.2 可变电阻器阻值可以调整的电阻器，用于需要调节电路电流或需要改变电路阻值的场合。可变电阻器可以改变信号发生器的特性，使灯光变暗，启动电动机或控制它的转速。根据用途的不同，可变电阻器的电阻材料可以是金属丝、金属片、碳膜或导电液。对于一般大小的电流，常用金属型的可变电阻器。在电流很小的情况下，则使用碳膜型。当电流很大时，电解型最合用；这种可变电阻器的电极都浸在导电液中。电势计是可变电阻器的特殊形式，它使未知电压或未知电势相平衡，从而测出未知电压或未知电势差的大小。更为常用的电势器只不过是一个有两个固定接头的电阻器，第三个接头连到一个可调的电刷上。电位器的另一个用途是再音响设备中用作音响控制。可变电阻器最大阻值的读取：通常我们看到可变电阻器上的阻值标称有w503，w204，w102等等，它们是什么意思呢？w503就是说这个可变电阻器的阻值范围是050K，503是50103 50K，符号“n”内的值表示n次方。同理w102就是1K，w204就是200K。在设计中，用到焊接式可变电阻其外形图如图3.6所示： 图3.6 焊接式可变电阻的外形图3.2.3电解电容 电解电容是电容的一种，介质有电解液，涂层有极性，分正负，不可接错。电容(Electric capacity)，由两个金属极，中间夹有绝缘材料（介质）构成。其内部结构如图3.7所示： 图3.7电解电容的内部结构图电解电容的原理：电解电容器通常是由金属箔（铝/钽）作为正电极，金属箔的绝缘氧化层（氧化铝/钽五氧化物）作为电介质，电解电容器以其正电极的不同分为铝电解电容器和钽电解电容器。铝电解电容器的负电极由浸过电解质液（液态电解质）的薄纸/薄膜或电解质聚合物构成；钽电解电容器的负电极通常采用二氧化锰。由于均以电解质作为负电极（注意和电介质区分），电解电容器因而得名。电解电容的特点:电解电容器特点一：单位体积的电容量非常大，比其它种类的电容大几十到数百倍。 电解电容器特点二：额定的容量可以做到非常大，可以轻易做到几万f甚至几f（但不能和双电层电容比）。 电解电容器特点三：价格比其它种类具有压倒性优势，因为电解电容的组成材料都是普通的工业材料，比如铝等等。制造电解电容的设备也都是普通的工业设备，可以大规模生产，成本相对比较低。4 输出信号波形图4.1 主放大器基本原理主放大器用来将“前中”输出的全部中频回波信号进行足够的放大，再经检波、视放后，送到距离显示器和环视显示器以供观察和测距；经中放选通级选择的中频回波信号，也经检波、视放后送到天线控制系统，以保证天线对选定的目标进行角度自动跟踪。4.1.1组成901组合由公共中放（四级）、跟踪支路、距离支路（两支路均包括两级中放、一级检波、两级视放，不同的是跟踪支路中放第一级是选通级）和增益控制电路组成。4.1.2 简要工作过程“前中”输出的中频信号，经四级公共栅极调谐放大器（G1234）放大后分两路输出，一路送到距离支路再经两级中放(G11、G12)，一级检波（G13）,输出正视频脉冲，再经两级视放（G14、G15）送到902组合，经波段转换继电器J2-8送到两波段公用视放（G2-18）,最后输出负视频脉冲，送到距离显示器（903组合）和环视显示器（911组合）；另一路送到跟踪支路，经中放选通级（G6）选出所需的回波并加以放大，再经一级中放（G8），一级检波（G7）输出负视频脉冲，再经两级视放（G8、G9）后又分两路，一路送到天线控制系统的自动跟踪（906）组合，以保证天线对选定目标进行自动跟踪；另一路送到增益控制G3、G4两级。4.1.3 晶体电流滤波电路“1、2波段”晶体电流滤波电路相同，均由滤波器LB1、LB2组成。它的作用是取直流分量作为晶体电流指示。在907和928组合中也有晶体电流滤波器，作用相同。4.1.4、灯丝电源滤波电路 “1、2波段”灯丝电源滤波电路相同，均由L6、7、8、9和C4、9、13、18组成。它的作用是保证各电子管灯丝电流的稳定，从而使放大器工作稳定。4.2 主放大器（901、902组合） 901、902组合分别为“1、2波段”主放大器组合。它们均装在主控台左后方。两组合在结构和原理上基本相同，现以“1波段”为例进行讨论。4.2.1 用途 在放大器用来将“前中”输出的全部中频回波信号进行足够的放大，再经检波、视放后送到距离显示器以供观察和测距；经中放选通级选择的中频回波信号，也经检波、视放后送到天线控制系统，以保证天线对选定的目标进行角度自动跟踪。4.2.2 组成 901组合由公共中放（四级）、跟踪支路、距离支路（两支路均包括两级中放、一级检波、两级视放，不同的是跟踪支路中放第一级是选通级）和增益控制电路组成。4.2.3 简要工作过程“前中”输出的中频信号，经四级公共栅极调谐放大器（G1、2、3、4）放大后分两路输出，一路送到距离支路再经两级中放（G11、12），一级检波（G18）,输出正视频脉冲，再经两级视放（G14、15）送到902组合，经波段转换继电器J2-8送到两波段公用视放（G2-18）,再输出负视频脉冲，送到距离显示器（903组合）和环视显示器（911组合）；另一路送到视频支路，经中放选通级（G5）选出所需的回波并加以放大，再经一级中放（G6），一级检波（G7）输出负视频脉冲，再经两级视放（G8、G9）后又分两路，一路送到天线控制系统的自动跟踪（906）组合，以保证天线对选定目标进行自动跟踪；另一路送到增益控制电路，以产生自动增益控制电压，送到本组合公共中放前两级（G1、G2）和“前中”后三级（G4-2、3、4）栅极，以控制整个“1波段”接收机的增益。4.2.4 主要电路的工作原理为了深入了解主放大器的情况，下面我们再来对主要电路作进一步的讨论。(1) 主中频放大器主中频放大器用来放大中频脉冲信号，担负着接收机的主要放大任务，由901组合电路原理图可看出，主中放各级除选通级外均为典型的栅极单调谐放大器。栅极单调谐中频放大器均由高频五极管6J4P装成，其电路如图4-26所示，谐振回路由本级输出电容和接在下一级栅极的电感L以及下级输入电容、接线分布电容等组成。调整电感L的铜芯可改变槽路的谐振频率，使之与30MHz谐振，以取得最佳放大。Ra是为满足带宽要求而加的负载电阻，Ra越小，频带越宽增益越小。此数值应适当选择。不能过大或过小。RkCk为阴极自给偏压电路，适当选取其数值，可得到合适的工作点。RbCb为去耦电路，它对直流电源来说是L式滤波，对本级来说是去耦，即本级信号被Cb短路到地，残余部分降在Rb上，防止通过直流电源耦合到其他级干扰其工作。Ca对30MHz信号相对于短路，这里起隔直流作用。跟踪支路中放第一级(G5)为选通级，用来选择所需之目标回波中频信号，以保证天线跟踪选定之目标。 选通级电路由6J4P五极管装成。阳极与栅极的接法与一般电路相同，阴极也基本相同，帘栅极也基本相同，帘栅极通过开关K1和继电器J2常闭接点接到分压器上，由105伏直流电源分得约10伏电压，所以平时该管截止，中频信号不能通过。当距离显示器上电瞄准线对准了选定目标回波时，903组合送来的宽度0.3微秒、幅度+140伏窄波门脉冲通过开关K1和继电器J2常闭接点加到帘栅极，使管子导电，此时被选定的目标回波中频信号加到栅极，因此能够通过并被放大，但宽度变为0.3微秒。开关K1的“+120V”档是为调试而设的。平时处于“波门”位置，只有调试时才处于“+120V”位置。状态时，J2动作，选通级全开放。G5阴极上除接有自给偏压外，还有+120伏电源经R10和W1分得一定电压作为阴极偏压。W1改变时，即改变了跟踪支路的增益，从而改变了天线自动跟踪的灵敏度，所以W1叫“自动跟踪灵敏度”调整。因跟踪支路和距离支路第一级栅极是并联的，而跟踪支路选通级导通时。输入阻抗较平时改变很大，为减小对距离支路增益的影响，在G5栅极串入电阻R16.(2) 检波器 检波器用来把中频信号的包络取出来，输出视频信号。 “1波段”跟踪支路检波器电路由6H6P型双二极管G7左半管装成。C24 、C37为检波负载。 输入端的中频信号加到L7与分布电容组成的槽路两端，通过R51加到G7两极，因正半周G7不导电，所以中频信号通过G7后被整流，变为半波脉冲，经电容滤波变为实线所示波形，再经电感滤波而得到顶部平稳的视频脉冲输出。插孔CK4用来测量检波电流。R28、C25供测量用，平时被电话插孔CK4短路，测量时，电话插头插入后接入电路。R28、C25可防止插头插入或拔出时中断检波电路以及起到滤波作用。当距离上瞄准目标时，此电流约为几个微安，当选通级帘栅极接+120伏且回波又较多时，电流可达十数毫安。距离支路检波器由G13（6H6P）右半管装成，其电路及原理与跟踪支路相似。因中频信号加到G13阳极，所以输出正视频脉冲。(3) 视频放大器视频放大器用来放大视频脉冲信号。由于视频脉冲宽度很窄（0.3、0.5或1.2微秒），所以包含的频率成分很多。只有将这些不同频率成分给以同等放大，才能使信号不失真。这就要求视放有足够的带宽。增益和带宽是矛盾的，这一矛盾必须解决。1) 跟踪支路视放该支路视放有两极，电路见901组合电原理图。第一级（G8）用6J4P型五极管（接成三极管）装成阻容耦合电压放大器。第二级为输出级，要求功率增益大，因而用功率五极管6P9P装成阻容耦合功率放大器。两级都有阴极自给偏压。阳极电源由941组合+300伏整流器供给，第一级有去耦电路R32、C27。为解决增益和带宽的矛盾，采取了下列措施：首先第一级将五极管接成三极管，因而内阻减小可增加带宽。其次第二级阳极负载电阻R35阻值较小，以增加带宽。最后两级阳极都有高频补偿电路（L9、L10），以增加高频端的带宽。因阳极电路有本级输出电容、次级输入电容和接线分布电容并联在负载电阻两端，这些电容数值较小，对矩形脉冲的低、中频成分呈现容抗较大，近似开路，影响不大。但对矩形脉冲的高频成分呈现容抗不大，旁路作用明显，相当于负载电阻变小，使增益降低，引起波形失真。阳极串入电感后，对低、中频谐波成分呈现感抗小，近似短路，不起作用，但对高频谐波成分，它和上述电容组成谐振回路，阻抗很大，提高了高频增益，避免了高频失真。2) 距离支路视放距离支路视放共三级，本组合两级（G14、16）、902组合一级（G2-18）(此级“1、2波段”公用)。其电路见组合电原理图。前两级用6J4P五极管（接成三极管）装成阻容耦合电压放大器。末级用6P3P极射四极管装成阻容耦合功率放大器。前两级阳极电源由941组合+300伏电子稳压器供给，有去耦电路。末级阳极电源由942组合+300伏整流器供给。 距离支路视放与跟踪支路视放的相同点是：阳极负载电阻较小，以增加带宽，第二级阳极接有高额补偿电感L14。不同点是本支路视放均无阴极自给偏压。首、末两级（G14、G2-18）因输入正脉冲，为防止产生栅流，栅极由105伏分压取得负偏压。第二级（G15）因输入负脉冲，故未接负栅偏压，这一级除阳极有高额补偿外，阴极也有高额补偿。由于C52容量小，对视频脉冲的低频成分呈现容抗大，相当于开路，所以G15的输入信号是整个输入信号在R64、R65上分压后的一部分，因而输出幅度较小。但对视频脉冲的高频成分，C52很小，相当于短路，整个输入信号全部加到G15栅极，因而输出幅度较大，从而使高频成分得到补偿，减小波形失真。(4) 增益控制电路 增益控制电路可用“手控”或“自动”方式调整和控制接收机的增益。它由6N6P双三极管（G10）装成。左半管接成自动增益检波器，右半管接成增益控制直流放大器。在天线进行自动跟踪时，采用自动增益控制。在其它工作方式时，采用手控增益，手控增益和自动增益转换由“脚踏开关”和912组合的“工作指挥仪控制”开关控制继电器J1-1来实现。1)手控增益1作用 手控增益电路用来在天线非自动工作方式时，通过调整901和904组合面板上的“增益”旋钮来改变接收机的增益，以便在显示器上获得良好的观察条件。例如受到强干扰或目标在近距离的物中时，可适当压低增益，以利于从干扰或地物中识别目标。在一般情况下，应将二增益旋钮顺时针转到头，使接收机增益最大，便于远距离发现目标。2 工作 手控增益情况下，继电器J1不工作，常闭接点1、2接通。此时，自动增益检波器（G10左半管）输出开路。增益控制放大器（G10右半管）栅极被接至“增益”电位器W1-3的滑臂上。 增益控制放大器是一级阴随器，阳极接+120伏电源，阴极经电阻R43接至105伏电源上，因此该级阳、阴极间电压实际是225伏。阳流流过阴极负载R43产生上正下负的压降，使阴极电位提高，其极性与105伏相反。这样，从阴极输出（对地）的增益控制电压，就是这两电压之差。此电压加至前中后三级和主中前两级的栅极。 由电位器W1-2、W4-3、W1-3和W1-42组成的分压器接在105伏电源上。由于C10右半管栅极经J1常闭接点接在W1-3的滑臂上，所以调整W1-2、W4-8、W1-3中的任一个电位器，都能改变G10右半管栅极电位，从而使增益控制放大器阴极输出的增益控制电压发生变化。 电位器W1-3和W4-8为手控增益旋钮，分别装在901和904组合面板上。它们的作用都是用来控制接收机的增益，分装的目的是为了操作的方便。 为了避免中放产生栅流而使被放大的信号波形失真，要求输出的增益控制电压不能为正，为此需进行“零偏压装定”。“零偏压装定”的原理和方法如下：将901和904组合的“增益”旋钮右旋到头，使增益最大，即W1-3滑臂位于最左端，W4-8滑臂位于最右端（将W4-8短路），装定W1-2使直流发大器栅极取得约105伏电源电压，使阴极输出的增益控制电压为零伏。这样就保证了在增益最大时，输出的增益控制电压为零伏。受控级不产生栅流。W1-2的调整轴装在组合面板上，标有“自动增益调整”字样。2)自动增益1作用 当天线对目标进行自动跟踪时，由于目标距离、航向的变化，将使接收机输出的视频脉冲回波的幅度发生变化，平均电压也随着发生变化。例如当目标临近时，该目标的视频回波信号不断增大，平均电压也不断增大，这样跟踪支路输出的视频回波信号，一方面因目标偏离电轴，幅度受24周/秒调制（24周/秒包络即误差信号，是天线自动跟踪的基础）。另一方面，其幅度还随着目标距离和航向的变化而变化，使24周/秒包络的幅度不但与目标在角度上的偏差有关，还和距离、航向有关（如距离近时，24周/秒包络幅度大）。这种距离和航向的变化引起误差信号的额外变化，将干扰天线的自动跟踪。设置自动增益控制电路即为了解决这一矛盾。当被跟踪目标的距离、航向变化而使视频信号的平均值变化时，本电路能自动的改变送到前中后三级和主中前二级栅极负电压，距离远时回波小，输出的负电压小，增益大；当目标距离雷达近时，回波幅度增大，输出负电压也大，使增益减小。这样就可使跟踪支路输出的视频信号的平均值不变，视频信号的24周/秒包络（误差信号）的大小只与目标偏离天线电轴的角度大小有关，而与目标距离、航向无关。同时，由于自动增益的作用，接收机不致饱和，这就防止了24周/秒误差信号与被限制掉的可能。2工作原理天线在自动跟踪工作方式时，继电器J1工作，常开接点1、3接通。增益控制放大器（G10右半管）栅极接至自动增益检波器（G10左半管）的输出端。检波管阴极经分压器R39、R38从+120伏电源取得约+30伏电压，使该管阴极比阳极高32伏（零偏压装定时使阳极为2伏）。当跟踪支路送来的视频信号幅度小于32伏(绝对值)时，检波管不导电，无输出。G10右半管栅极经J1常开接点从“零偏压装定”电位器W2上取得2伏电压，使其阴极输出为零伏，相当于手控时的最大增益。这是接收远距离及弱小回波所需要的。 当目标距离越来越近时，回波幅度增大。当跟踪支路送来的视频信号幅度大于32伏时，检波管导电，C36充电，因二极管内阻很小，充电时间常数小。充电较快。于是在脉冲区间，C36两端形成下正上负的电压，在脉冲间隙时间，检波管截止，C36经W2、R41、R40放电，由于放电时间常数大，C36上电荷放掉很少，电压几乎保持不变。由于C36充电快，放电慢，通过反复的充放电过程，就把宽度0.3微秒、重复频率1、875KHz视频脉冲24周/秒调幅包络“检”出来了。这个电压包含视频信号平均电压和24周/秒交流信号两部分。如果将检波器输出端（R41、W2两端）的电压（其波形同C36上电压，但幅度小些）直接加到G10右半管栅极，则经放大后，从阴极输出的增益控制电压中的24周/秒交流成分将抵消回波幅度的24周/秒变化。经增益控制后，跟踪支路输出的视频信号将无24周/秒幅度变化，天线就不能进行自动跟踪了。为了保留24周/秒包络信号，本电路输出的增益控制电压中，不应包含24周/秒交流成分。为此，在检波器输出端并联上滤波电容C38，C38容量很大（1微法）对24周/秒交流信号相当于短路，24周/秒信号就降在R40上，而不加到C10右半管栅极。经C38滤波后加到G10右半管栅极的电压波形。将这样一个与目标回波幅度平均值成正比的负电压，加到前中后三级（“2波段”只加到后2级）和主中前两级，就使接收机增益得到调节。回波小时增益大，回波大时增益小。经过这种以变应变的作用后，结果使跟踪支路输出的视频信号平均值保持不变，从而使24周/秒包络信号的幅度只和目标的偏差有关，消除了目标距离远近及航向变化对天线自动跟踪的不良影响。因滤波电容C38较大，本电路只能对慢速变化的信号起控制作用。一般目标距离、航向变化而引起的视频信号平均值的变化是非常缓慢的，所以可得到较好的自动增益控制，但对目标有效反射面积变化所引起的回波幅度的快速变化，本电路则不能起到增益控制作用。这个任务由天线控制系统906组合中的自动增益控制作用。这个任务由天线控制系统906组合中的自动增益控制电路来完成。它能对这种快速变化起自动增益控制控制作用，而对变化更快的24周/秒或37.5周/秒误差信号则仍能保留下来。因此接收机中的增益控制电路称为“惰性自动增益控制电路”。4.3 自动频率控制电路（907、928组合）4.3.1 用途自动频率控制电路用来改变本地振荡器的频率，以保证发射机和本地振荡器频率之差始终是额定中频，以使接收机正常工作。接收机各中放槽路都固定调谐在30MHz，当磁控管和本证频率之差正好是30MHz时，回波信号得到最有效的放大。然而雷达在工作过程中，由于温度、湿度、电源和负载等的变化，会使磁控管和本振频率发生变化，使其差频偏离30MHz，回波信号不能被有效地放大，这样，差频的变化在接收机中转化为信号幅度的变化，这将直接影响到天线控制系统的跟踪性能。甚至差频超出中放带宽之外，接收机便不能正常工作。为保证磁控管和本振频率变化时，让差频始终保持在30MHz,使接收机具有最佳的性能，采用了自动频率控制电路。例如当发射频率升高时，自频控电路就会使本振频率相应的升高，反之，则相应下降，从而使差频稳定在30MHz。4.3.2 组成自动频率控制电路由截止衰减器（“2波段”还有吸收衰减器）、自频控混频器、中频放大器、鉴频器、视放、钳位器和幻象器等组成。除衰减器和混频器位于高频装置外，其余均在自动频率控制组合。“1波段”装在907组合，“2波段”装在928组合。4.3.3 简要工作过程由截止衰减器从主波导中取出一部分发射能量，与本振输出的高频等副信号在自频控混频器混频后，得到差频信号。该信号被送到907组合，先经两级公共中放放大，然后分两路，每路各经一级中放送至鉴频器。鉴频器对差频信号进行频率鉴别，当“察觉”其对30MHz有偏差时，就将频率偏差变成极性和幅度不同的视频脉冲。 4.4 波形图 4.1 电路4.2 输入端中频信号 4.3 整流信号 4.4 视频信号结 论在通信系统和电子设备中 , 为了提高技术性能 , 或者实现某些特殊的高指标要求 , 广泛的采用自动增益控制电路。在本文中详细介绍了自动增益控制的概念及原理，对自动增益控制放大器的原理也进行了讨论及分析。确定了实现增益控制功能的放大器增益范围，并且设计出具体的电路，对各部分电路的工作原理也进行了详细介绍。在文章的最后，列出了具体实验中的实验数据及分析结果，对存在的问题也有了一定的认识。随着微电子技术、计算机网络技术和通信技术的发展，自动增益控制的研究也在不断的进步，实现自动增益控制的方法也在不断的完善，改进目前在性能方面的一些不足，得到更大的提高。毕业设计过程即将结束， 它让我真正体验到“纸上得来终觉浅，欲知此事需躬行”的道理。让我真正体验了邓小平爷爷所说“实践是检验真理的唯一标准”。 让我真正体会“我听到的我会忘掉，我看到的我能记住，我做过的才真正明白”。每次学习结束后，都根据自己的情况去感悟，去反思，我实习的学得了什么呢？虽然在设计中我不是完全懂，但我学会思考，学会学习。老师们耐心地一一给我讲解原理，分析电路原理图，让我 “知其然，而知其所以然”，让我学会从理论联系到实际。还有同学的帮助、鼓励和提醒让我受益匪浅。从得出电路，到理解原理，以及画PCB图和最后制成电路板，对于我来说，每一个步骤都是那么困难，有时候花了一整天时间也没有完成一个小小的步骤！但是，我都不会灰心。我会找到自己的错误在哪里，分析应该如何去完成，进而攻克它。这次设计让我明白了有时想是没有用处的，还必须去考察，去学习，去实践考察，只有这样才能有实质的进步，还有要和同学共同讨论，解决各种困难，在困难中你能了解更多的非课本的知识，还能再找错误的同时锻炼你的观察力，更多的则需要我们每个人在设计结束后根据自己的情况去感悟，去反思，勤时自勉，有所收获，并将这种感悟运用到我们生活和学习中去，学以致用。致 谢 时光如梭，岁月飞逝，眨眼间大学四年就要结束了，在这看似很长的四年里，因为有敬爱的老师、亲爱的同学们的帮助和陪伴，四年竟然变得如此之短。 在这四年里，我从一个天真、幼稚、简单的学生成长为一个思想成熟、有一定的专业技能、即将走向社会、走向工作岗位的青年，我今天所拥有的一切，离不开各位老师的辛勤教育、努力教育与谆谆教诲，离不开各位同学、同窗好友的帮助，这些我会铭记于心，它们将是我一生的财富，在此向你们表达深深地敬意和谢意！ 首先感谢大一的机械制图贾百合老师，机械制图是机械专业学习的基础，因为贾老师的认真、细心、严肃的教风，高标准的要求，为我们打下了深厚的基础,在以后的学习中我们才会得心应手！然后感谢大二机械原理、机械设计的秦汝明老师，谢谢你给我们的当头棒喝，谢谢你的恨铁不成钢的痛批，那天下午您整整批评了一节课，说句实话，在大学里，很少有老师会这样批评自己的学生，但因为您的批评，我们看到了自己身上的缺点与不足，我相信机械系所有学生都从此端正了态度，努力做一名合格的工程技术人员。感谢工程材料及成形技术基础、金属制造工艺学、热加工工艺的刘万福老师，刘老师对专业数据深刻的记忆力令所有学生叹服，其扎实的专业基础令所有学生敬佩！感谢数控机床诊断与维修闫存富老师,闫老师注重对细节的把握,在平时的作业、论文中，细化到每一个标点，平时上课用浅显易懂、幽默诙谐的言辞将课程通俗化，使每一个学生都受益匪浅！感谢电工学穆国华老师，大三那年晚上上课时有几次上课停电，话筒不能用，黑板不能用，穆老师没有等待来电，而是尽可能发出最大的声音，让后面的学生听到，不耽误每一节课，这些场景我至今仍记忆犹新！感谢液压与气压传动郭长江老师，他将理论与实践有机结合在一起，使原本略显枯燥艰涩的课程变得生动鲜活起来，在不知不觉中大家学到了很多东西！感谢机械控制工程基础常静老师，她讲课态度极其认真，力求使我们每个人都听懂，在课后更是对我们严格要求，作业中出现错误必须认真更正！感谢机器人技术、过程控制仪表与装置朱煜钰老师，朱老师平时不苟言笑，以严肃著称，在她的课上几乎没有说话的！感谢机械制造技术基础杨汉嵩老师，由于机械制造技术技术基础是一门实践性很强的课，为了方便大家理解，杨老师搜集了很多机械加工的视频，在课间给我们播放，让我们接触到最前沿的知识和信息，开拓了我们的视野！通过这次设计我学会了许多新的知识也复习了许多老师上课讲的东西，最主要的是锻炼了自己的动手能力和对实际电路和各种电元器件的分析能力。在设计过程中我发现自己还有很多不足的地方，主要是对理论知识掌握得不好，还不能很好的理论结合实际。本次设计是在王飞老师的精心指导和大力支持下完成的。王老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。他以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。老师渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。同时，在此次设计过程中我也学到了许多了关于自动增益控制方面的知识。 特别感谢王老师，他不仅指导我顺利完成毕业设计，而且我从他身上学到了许多做学问、做人的真理，这将使我终生受益！ 最后，由于学识、水平有限，毕业设计中难免会有错误和不完善之处，希望各位老师、同学批评指正，使我取得更大的进步！参考文献1蔡凌云等.自动增益控制技术应用M.北京：电子工业出版社，2002.2尤德斐.数字化测试技术(上) M.北京：机械工业出版社，1990.3张风言编著.电子电路基础M.北京：高等教育出版社，1994.4高吉祥、黄智伟、陈和.高频电子线路M.北京：电子工业出版社，2003年（第一版）.5高吉祥、高天万、陈和.模拟电子线路M.北京：电子工业出版社，2004年（第一版）.6哀孝康.自动增益控制与对数放大器M.北京：国防工业出版社，1987.7董玉红，徐莉萍.机械控制工程基础M.北京：机械工业出版社，2010.8秦曾煌.电工技术M.北京：高等教育出版社，2009.9秦曾煌.电子技术M.北京：高等教育出版社，2009.10杨福生主编.电子技术M.北京：高等教育出版社，1989.11康华光主编.电子技术基础（第三版）M.北京：高等教育出版社，1988.1
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