二 自动增益控制的工作原理

1、四川信息职业技术学院电子工程系 5.1.2 5.1.2 自动增益控制自动增益控制 5.1.1 5.1.1 反馈控制电路概反馈控制电路概述述四川信息职业技术学院电子工程系一一 . . 反馈控制电路的概念反馈控制电路的概念 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。四川信息职业技术学院电子工程系二二 . . 反馈控制电路的系统框图反馈控制电路的系统框图比较部件控制部件控制对象（受控对象）测量部件（反馈网络）（参考信号）输

2、入量输出量XXXXIFeo扰动图图9-1 反馈控制电路的组成方框反馈控制电路的组成方框图图反馈控制电路可以看成是由比较部件、控制部件、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被控对象和测量部件( (反馈网络反馈网络) )四四部分组成的自部分组成的自动调节系统动调节系统. . 四川信息职业技术学院电子工程系二二 . . 反馈控制电路的系统框图反馈控制电路的系统框图1 . 各部分的功能各部分的功能 (1)参考部件产生标准的物理量；参考部件产生标准的物理量； (2)比较部件产生误差信号；比较部件产生误差信号； (3)控制部件产生控制信号；控制部件产生控制信号； (4)被控部件产

3、生输出物理量，扰动代表各种使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；输出量变动的因素； (5)测量部件是反馈网络。测量部件是反馈网络。比较部件控制部件控制对象（受控对象）测量部件（反馈网络）（参考信号）输入量输出量XXXXIFeo扰动四川信息职业技术学院电子工程系2 . 工作过程工作过程 (1)(1)标准标准: :XoXo与与X XI I具有确定的关系，即具有确定的关系，即Xo=Xo= f ( (X XI I) ) (2) (2)偏移偏移: :当当XoXo f ( (X XI I) ) 时，时，产生误差量产生误差量 Xe= Xe= f ( (X XI I - Xo)- Xo)

4、(3) (3)控制与调整：控制与调整：XeXe被控对象被控对象恢复恢复Xo=Xo= f ( (X XI I) )二二 . . 反馈控制电路的系统框图反馈控制电路的系统框图其中，其中，XO为系统输出量，为系统输出量，XI为系统输入量，也就是为系统输入量，也就是反馈控制器的比较标准量。比较部件的作用是将输反馈控制器的比较标准量。比较部件的作用是将输入信号入信号XI和测量部件产生的反馈信号和测量部件产生的反馈信号XF进行比较，进行比较，输出一个误差信号输出一个误差信号Xe；控制部件的作用是根据误差；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信号产生相应的控制信号，然后由被控

5、部件产生输出量。出量。比较部件控制部件控制对象（受控对象）测量部件（反馈网络）（参考信号）输入量输出量XXXXIFeo扰动四川信息职业技术学院电子工程系二二 . . 反馈控制电路的系统框图反馈控制电路的系统框图图图9-19-1所示所示X X参量可以是电压（电流）、频率或相位，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；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如果比较的参量是相位，则称之为自动相位控

6、制电路或锁相环路。路或锁相环路。比较部件控制部件控制对象（受控对象）测量部件（反馈网络）（参考信号）输入量输出量XXXXIFeo扰动四川信息职业技术学院电子工程系 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。 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。 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。 四川信息职业技术学院电子工程系 自动增益控制电路自动增益控制电路( (AGC)AGC)，广泛应用于各类接，广泛应用于各类接收机中，是接收机的重要辅助电路之一。其主要功收机中，

7、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，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。电压或功率基本稳定。四川信息职业技术学院电子工程系自动频率控制电路自动频率控制电路(AFC)，又称自动频

8、率微调电路，又称自动频率微调电路，主要用于电子设备中稳定振荡器主要用于电子设备中稳定振荡器的的振荡频率。它利用振荡频率。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定在某一预期的标准频率附近. 反馈控制电路之所以能控制输出参量并使之稳定，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，差。因此

9、，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，并无法完全消除反馈控制只是维持误差在一定范围，并无法完全消除误差。误差。四川信息职业技术学院电子工程系一一 . . 概念、功能及应用概念、功能及应用 (一一) . 概念概念 (二二) . 必要性必要性四川信息职业技术学院电子工程系一一 . . 概念、功能及应用概念、功能及应用 (三三) . 功能功能 (二二) . 必要性必要性四川信息职业技术学院电子工程系电电AGCAGC路的作用是：当输入信号电压变化很大时，保持路的作用是：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接收机输出电压基本不变。图中，高频放大器起前置图中

10、，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作用，它和中频放大器是直接受控的增益可控的放大器，是放大器，是AGCAGC控制环路的被控对象。控制环路的被控对象。AGCAGC检波器、低检波器、低通滤波器和直流放大器组成测量部件，起反馈作用。通滤波器和直流放大器组成测量部件，起反馈作用。二二 . . 自动增益控制的工作原理自动增益控制的工作原理四川信息职业技术学院电子工程系二二 . . 自动增益控制的工作原理自动增益控制的工作原理高频放大器变频器至解调器直流放大器低通滤波器AGC检波器u (t)Uu (t)u 中频放大器roIAGC 图图9-2 具有具有AGC的超外差式调幅接

11、收机方框图的超外差式调幅接收机方框图四川信息职业技术学院电子工程系天线接收到的信号天线接收到的信号u ui(i(t t) )经高频放大、变频和中频放大经高频放大、变频和中频放大后得到中频调幅波后得到中频调幅波u uo(o(t t) )，u uo(o(t t) )经经AGCAGC检波器和低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分量，再经直流放大后得到AGCAGC电压（电压（| |U UAGCAGC| |）。显）。显然，输入信号强，然，输入信号强，| |U UAGCAGC| |大；反之，则大；反之，则| |U

12、UAGCAGC| |小。小。利用利用AGCAGC电压去控制高放或中放的增益，使电压去控制高放或中放的增益，使| |U UAGCAGC| |大大时增益低，时增益低，| |U UAGCAGC| |小时增益高，就达到自动增益控小时增益高，就达到自动增益控制的目的。制的目的。二二 . . 自动增益控制的工作原理自动增益控制的工作原理四川信息职业技术学院电子工程系在实际电路中，在实际电路中，AGC检波和恢复低频信号的检波一般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，共用一个检波器，直流放大器和高频放大器通常省去，有时有时AGC电压只控制中放的增益。电压只控制中放的增益。

13、实际上，实际上，AGC电路至少应包括：电路至少应包括：(1)产生一个随输入信产生一个随输入信号大小而变化的控制电压，即号大小而变化的控制电压，即AGC电压；电压；(2)利用此利用此AGC电压去控制相关可控增益放大器，实现电压去控制相关可控增益放大器，实现AGC。二二 . . 自动增益控制的工作原理自动增益控制的工作原理四川信息职业技术学院电子工程系 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。 AGC电压可正可负，分别用UAGC和-UAGC 表示。 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电压电压特点特点四川信息职业技术学院电子工

14、程系 高放、中放的增益高放、中放的增益 A Auouo=p=p1 1 p p2 2|y|yfefe| / g| / g 其中其中, ,|y|yfefe| |与与I IEQEQ成正比成正比，即，即|y|yfefe|I|IEQEQ或或IIEQEQ。可见，控制可见，控制 A Auouo的方法有两种：的方法有两种： (1) (1)改变发射极电流改变发射极电流I IEQEQ； (2) (2)改变放大器的负载，使改变放大器的负载，使g g随增益而变化。随增益而变化。AGCAGC的控制实现方法的控制实现方法: :四川信息职业技术学院电子工程系 1 . 改变发射极电流改变发射极电流I IEQEQ( (分立电路

15、分立电路) ) abcIIEQEO图图9-3 晶体管晶体管I 曲线曲线当当IE较小时，较小时，随的随的IE的增大而增大（的增大而增大（ab段）；当段）；当IE增增至某一值至某一值IEQ后，后，最大；若最大；若IE继续增大，则继续增大，则逐渐减小逐渐减小（bc段）。因此，根据晶体管的上述特点，利用段）。因此，根据晶体管的上述特点，利用AGC电压控制电压控制IE，就可以实现，就可以实现AGC。AGCAGC的控制方法的控制方法: :四川信息职业技术学院电子工程系 利用利用IE曲线的上升部分（曲线的上升部分（ab段）或下降部分段）或下降部分（bc段）都可实现增益控制，前者称为反向自动增益段）都可实现增

16、益控制，前者称为反向自动增益控制控制(简称反向简称反向AGC)，后者称为正向自动增益控制，后者称为正向自动增益控制(简简称正向称正向AGC)。 在在反向反向AGC（ab段）中，段）中，IE必须随着必须随着|UAGC|的增的增大而减小，才能使大而减小，才能使下降，增益降低，因此起始工作下降，增益降低，因此起始工作点应选择在曲线上升部分的点应选择在曲线上升部分的b点，其控制过程可表示点，其控制过程可表示为为:UimUom|UAGC|IE| yfe |Auo|Uom四川信息职业技术学院电子工程系 在在正向正向AGC（bc段）中，段）中，IE必须随着必须随着|UAGC|的的增大而增大，才能使增大而增大

17、，才能使下降，增益降低，因此起始工下降，增益降低，因此起始工作点应选择在作点应选择在值较大处（值较大处（b点），其控制过程可表示点），其控制过程可表示为为:UimUom|UAGC|IE| yfe |Auo|Uom四川信息职业技术学院电子工程系 (1)反向反向AGC控制控制 Ui UAGC IEQ |yfe| Auo 相当于负反馈相当于负反馈 (2)正正向向AGC控制控制 Ui UAGC IEQ |yfe| Auo 相当于正反馈相当于正反馈四川信息职业技术学院电子工程系AGCAGC的实现电路的实现电路: :3DG63DG102G210RRRRRRRRRRRRCCCCCCb1b21eebee1b1

18、b2bb1b2ee1b+UAGC-UAGC-UAGC(a)(b)(c)+Vcc+Vcc+Vcc (a)反向反向AGC (b)反向反向AGC (c)正向正向AGC图图9-4 改变改变IE的的AGC电路电路四川信息职业技术学院电子工程系 反向反向AGC的的优点优点是利用是利用IE曲线较陡峭的上升部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。反分实现对放大器增益的控制，因此控制灵敏度高。反向向AGC对晶体管要求不高，使用普通的中、高频管即对晶体管要求不高，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

19、向超过允许值。反向AGC的的缺点缺点是随着输入信号的增大，是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。制范围窄。 为了克服反向为了克服反向AGC的缺点，应采用正向的缺点，应采用正向AGC，以，以增大增益控制范围，但要求工作电流较大时管子不被增大增益控制范围，但要求工作电流较大时管子不被损坏。此外，为了使正向损坏。此外，为了使正向AGC增益控制灵敏，管子增益控制灵敏，管子IE曲线的下降部分应较为陡峭。曲线的下降部分应较为陡峭。四川信息职业技术学院电子工程系 2 . 改变放大器的负载改变放大器的负载( (集成电路集成电

20、路) ) 改变放大器的负载改变放大器的负载R RL L是在集成电路组成的接收机中常是在集成电路组成的接收机中常用的实现用的实现AGCAGC的方法。由于放大器的增益与负载密切相的方法。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（发射极输入电阻（发射结电阻），若用发射结电阻），若用AGCAGC电压控制管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。

21、器增益的目的。AGCAGC的控制方法的控制方法: :四川信息职业技术学院电子工程系当输入信号增加时，改变负载当输入信号增加时，改变负载RL的控制过程可以表示为的控制过程可以表示为:UimUom|UAGC|RLg|Auo|Uom当输入信号减小时，改变负载当输入信号减小时，改变负载RL的控制过程可以表示为的控制过程可以表示为UimUom|UAGC|RLg|Auo|Uom从而达到调整输出，即实现自动增益控制目的。从而达到调整输出，即实现自动增益控制目的。四川信息职业技术学院电子工程系 1 .简单简单AGC (1) (1) AGC特性曲线特性曲线: :接收接收机输出电压机输出电压u uo o与与输入感

22、应电输入感应电动势动势e eA A的关系曲线。的关系曲线。 (2) (2) 无无AGCAGC时，时，u uo o随随e eA A增大增大而线性增大，增益不变。而线性增大，增益不变。 (3) (3) 具有简单具有简单AGC时，时，u uo o 随随e eA A增大而非线性增大，表增大而非线性增大，表明接收机增益随外来信号的明接收机增益随外来信号的增加而减小。增加而减小。三三 . . 自动增益实现的类型自动增益实现的类型 根据输入信号的类型、特点以及控制的要求，根据输入信号的类型、特点以及控制的要求，AGC电路主要有电路主要有简单简单AGC和延迟式和延迟式AGC两种类型两种类型。四川信息职业技术学院电子工程系 缺点缺点： (1)(1)一有外来信号，一有外来信号，AGCAGC立立即起作用，接收机的增益就即起作用，接收机的增益就会因受控制而减小；会因受控制而减小； (2) (2)接收机的灵敏度不高，接收机的灵敏度不高，尤其当外来信号很弱时，不尤其当外来信号很弱时，不利表现尤为突出利表现尤为突出。 解决思路：信号大于