通信电子线路第7章 反馈控制电路

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7.1.3 AGC电路在通信系统中的应用
可控增益放大器
反馈控制器
LPF 具有简单AGC 的调幅接收机框图
简单AGC 缺点：
只要有输入信号，AGC 就起控制作用，对接收弱信号不利。
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简单AGC特性曲线
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特点： 一有输入信
号，AGC就起 作用，增益就减 小，因而对提高 灵敏度不利
生变化，经滤波器后的误差电压加到调频振荡器上，调节其振
荡频率使之中心频率稳定。
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7.3 自动相位控制电路——锁相环路
锁相环路的基本工作原理 锁相环的性能分析 单片集成锁相环路 锁相环的应用
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锁相环路的基本工作原理
锁相环路也是一种以消除频率误差为目的的反馈 控制电路。但它的基本原理是利用相位误差电压 去消除频率误差, 所以当电路达到平衡状态之后, 虽然有剩余相位误差存在, 但频率误差可以降低到 零, 从而实现无频差的频率跟踪和相位跟踪。 而 且, 锁相环还具有可以不用电感线圈、易于集成化、 性能优越等许多优点, 因此广泛应用于通信、雷达、 制导、导航、仪表和电机等方面。
第7章 反馈控制电路
（AGC、AFC、PLL、频率合成）
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第 7 章 反馈控制电路
自动增益控制电路AGC 自动频率控制电路AFC 自动相位控制电路PLL——锁相环 频率合成技术
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为什么引入反馈控制电路
放大器、 振荡器、 调制器和解调器等功能电路可 组成完整的通信系统, 但系统性能不一定完善。
信号xe对输出x0进行修正，达到稳定。
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图7-1
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反馈控制电路的类型
自动增益控制(Automatic Gain Control）
——AGC：控制输出信号大小 。
自动频率控制(Automatic Frequency Control）
——AFC ：维持工作频率稳定。
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当：Ux≠Ux0且保持恒定时, 环路经自身调节后达到新的 平衡状态,
这时的误差电压为： ue∞=kb (ＵR-k2k3Ｕy∞)
又： uy∞=［Ag(０)+kbk1 ue∞］Ux
从以上两式可知, ue∞≠0, 由于：Ux ≠ Ux0, 同时Ｕy∞ ≠Ｕy0, 即AGC电路是有电平误差的控制电路。 式中:k2、k3和kb均为比例系数。
“延迟”二字不是指时间上的延迟。
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Uo
Uomax Uomin
0
Uimin
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Uimax
Ui
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具有延迟式AGC 的调幅接收机框图
当AGC检波器输 入信号幅度小于 UR时，AGC检波 器不工作，AGC 电压为零，AGC 不起控制作用。
当AGC检波器输入 信号幅度大于UR时， AGC 电路才起控 制作用。
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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, 因此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（例 如普通调幅波的包络变化）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）, 必须恰当选择 环路的频率响应特性和上限截止频率, 使环路对高于截 止频率的调制信号的变化无响应, 而仅对低于截止频率 的缓慢变化的信号才有控制作用。也就是说，环路截止 频率必须低于调制信号的最低频率，才不会出现反调制。 环路带宽取决于低通滤波器的截止频率。
Te(s) er((ss))
1 1kbkcH(s)
从而可得AFC电路中误差角频率的时域稳定误差值
ellsi m0se(s)lsi m01kbkscH(s)r(s)
7.2.3 AFC电路的应用
1. 在调幅接收机中用于稳定中频频率
ωo
ωL= ωc+ ωI
uc =SD×ωo-ωI
鉴频器的中
心频率是ωI
通过鉴频器的控制电压uc控制压控振荡器的输出频率稳定在
ωL上，从而维持中频放大器的载频ωc的稳定性。
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2、AFC应用—调频发射机
晶体振荡器提供标准频率fr，调频振荡器的中心频率为fc；鉴频 器的中心频率调在(fr－fc)上。由于fr稳定度很高，当fc发生漂移 时，混频器输出的频差也跟随变化，使限幅鉴频器输出电压发
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5. 动态范围
AGC电路的目的是利用电压误差信号ue去消除输出信号振幅Uy与 理想电压振幅Uy0之间的电压误差。 AGC电路的实际要求，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Uy0的误差越小越好； 另一方面也希望容许输 入信号振幅Ｕx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。
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4.控制过程说明
设输出信号振幅Uy与控制电压Uc的关系为
Uy = Uy0+kcuc=Uy0+Δ Uy 根据：Uy =Ａg (uc) Ux 得到：Uy =Ag(uc)Ux =［Ag(0)+kguc］Ux 其中：Ag(uc) = Ag (0)+ kguc 又有：Uy0= Ag (0) Ux0
1．简单AGC 简单AGC的参考电平Ur＝0。AGC的特性曲线如图：
Uo
0 Ui
只要输入信号振幅Ui增加,AGC就使增益Ag减小, 使输出信号振幅Uo减小。 适用：输入信号较大的场合。
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2．延迟AGC电路
延迟AGC有一起控门限 （即参考电压Ur），
Uo
它与输入信号振幅Uimin对应,
设ｍo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
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m0

U y max U y m in
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ｍi为AGC电路容许的输入信号振幅的最大值与最小值之比（输
入动态范围）,
即：
mi

U x max U x min
若： m m 0 i U U y xm m a ax x//U U x ym m iin nU U y ym m a ix n//U U x xm m a in xA A g g m m a in xn g
Ａgmax是输入信号振幅最小时可控增益放大器的增益, 为最大增益
Ａgmin是输入信号振幅最大时可控增益放大器的增益, 为最小增益。 比值mi /mo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ng尽可能大。ng也可称为增益动态范围, 通常用分贝数表示
Ue(s) H(s)
Uc(s)
Kc
r(s) 信 号
AFC工作原理框图
ue (y r)
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输 出 振 荡 频 率 ： yy 0 K c u c
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7.2.2 AFC 电路的主要性能指标
1. 暂态和稳态响应
可控频率器件通常是压控振荡器（VCO）,其输出振荡角频率
可写成：
自动相位控制(Phase Locked Loop，锁相环）
——PLL：锁定相位。
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7.1 自动增益控制电路（ AGC ）
通信系统中, 接收机所接收的信号强弱变化范围很大, 信号最强时与最弱时可相差几十分贝。
信号太强时会造成接收机饱和或阻塞, 而信号太弱时 又可能被丢失。
AGC电路, 使接收机的增益随输入信号强弱而变化。 接收机几乎不可缺少，在发射机或其它电子设备中,
分量, 然后进行直流放大后与恒定参考电平Ur比较, 产生一个误差信号uc。 uc 控制放大器增益Ag, 当输出Uo 较小时， uc 控制Ag 增大；当输出Uo 较大时， uc 控制Ag减小。 通过环路不断地循环反馈, 使输出信号振幅Uo 保持基 本不变或仅在较小范围内变化。
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6.响应时间特性
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, 而增益的变化又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Ux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。
式中Uy0为uc=0时所对应的输出信号振幅, Ux0和Ａg（０）是在uc=0 时输入信号振幅和放大器增益, ｋc和ｋｇ皆为常数, 表示均为线性控 制。
若低通滤波器对于直流信号的传递函数 Ｈ（s）＝１, 当误差信号 ue＝０时, 由图7-1可写出UR 和Uy0、Ｕx0之间的关系。
即 ：UR=k2k3Uy0=k2k3Ag(0)Ux0
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7.2 自动频率控制电路
7.2.1 AFC的工作原理：
用频率误差电压消除频率偏差。 AFC电路组成：频率比较器、低通滤波器、可控频率器件
（压控振荡器VCO）三部分,如图。
r r(s)
频 率 比 较 器ue 低 通 滤 波 器uc 可 控 频 率 器 件 r 输 出
Kp
如, 在AM接收机中, 天线接收信号的强度往往由 于电波传播原因会有较大的起伏变化, 导致放大器 输出信号时强时弱不规则变化, 有时造成阻塞。
如, 在通信系统中, 收发两地的载频应保持严格同
步, 使输出中频稳定, 而要做到这一点也比较困难。
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反馈控制电路原理
反馈控制器对输入xi与反馈信号x0进行比较，检测 出与预定关系之间的差值，产生相应纠正（误差）
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7.1.4 AGC电路
三极管可控增益放大电路
Y fe
普通晶体管
反向AGC 正向AGC AGC电路
o
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I EQ
IE
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反向AGC
正向AGC
(a) u i u o u c u b e I B I E |y f e | A g u o (b20)19u /8i /26 u o u c u b e I B I E |y f e | A g u 2o 5
y y0kcuc
由图可得AFC电路的闭环传递函数
T(s) y(s) kbkcH(s) r (s) 1kbkcH(s)
由此可得到输出信号角频率的拉氏变换
y
(s)

kbkcH(s) 1kbkcH(s)
r
(s)
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2．跟踪特性
由图可求得AFC电路的误差传递函数T（s）,它是误差角频率 Ω e（s）与参考角频率Ω r（s）之比,其表达式为
如图。
U om a x
U om i n
0 U i断开，AGC不起作用，Ag不变；
Ui Uimin时，AGC起作用，Ag减小；
Ui Uimax时, AGC作用消失。
Uimin ~Uimax为输入信号动态范围。
U0min ~U9max为输出信号动态范围。
自动增益控制电路也有广泛的应用。
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7.1.1 AGC电路工作原理与指标性能 1.电路组成框图
峰值 检波
低通滤波
AGC电路原理框图
通过环路的反馈控制，使输入信号 ui 幅度增大或减小
时，输出信号 u0 幅度保持恒定或仅在很小的范围内变
化。
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2.误差信号提取过程
AGC电路里, 比较参量是信号电压, 采用电压比较器。 峰值检波器检出输出信号峰值, 低通滤波器滤去高频
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改变“延迟电压”可改 变门限的大小
延迟AGC电路
－
至信号 检波
＋
VCC VD
延迟 电压
C1
低通滤波器
R AGC电压 C
R1
VD、C1、R1组 成AGC检波器
只有放大器的输出大于延迟电压后，即输入信号幅度大于门
限电压时，AGC检波器才工作。这种AGC电路由于需要延迟
到Ｕx＞Ｕxmin之后才开始控制作用, 故称为延迟AGC。
增益动态范围和响应时间是AGC电路的两个主要性能指标。
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例7.1 某接收机输入信号振幅的动态范围是62dB, 输出信号振幅 限定的变化范围为30%。若单级放大器的增益控制倍数为20dB, 需要多少级AGC电路才能满足要求？
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7.1.2、AGC电路的类型