第8章 反馈控制技术(1)AGC与AFC电路原理
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时间变化的，但变化频率较高，至少在几十赫兹以上。而其 输出则是一个仅仅反映其输入信号电平的信号，如果其输入 信号的电平不变，那么电平检测电路的输出信号就是一个脉 动电流。一般情况下，电平信号的变化频率较低，如几赫兹
左右。通常电平检测电路是由检测器担任，其输出与输入信
号电平成线性关系，即 其复频域表示式为 u1=Kduy U1(s)=KdUy(s) 8.2.3 8.2.4
2.反馈控制系统的特点
（1）误差检测 可以远远小于参考信号与反馈信号间的起始
偏差。利用这个特性，达到两个目的-----保持输出基本不变或 输出跟随参考的变化。反映速度快，精度高。 （2）系统是根据误差信号的变化而进行调整，不论其变化的 原因。
（3）只要合理设计，就能够减小误差信号的变化，但不可能
完全消除误差的存在。
控制过程如下：
输入大→ Up小 →PIN内阻大→ 衰减大→输出小
图8.25 用PIN管作为电控衰减器的放大电路
8.2.3 AGC控制电压的产生——电平检测电路
AGC控制电压是由电平检测电路形成的，电平检测电路 的功能是从系统输出信号中取出电平信息。通常要求其输出 应与信号电平成比例。 按照控制电压产生方法的不同，电压检测电路有平均值
若用
代表AGC电路输入信号电平的变化范围，则 用 U o max mo U o min 代表AGC电路输出信号电平允许变化范围。
取
ng=mi/mo
8.2.1
称ng为增益控制倍数，显然ng愈大控制范围愈宽。
mi U i max / U i min U o min U i max Amax ng mo U o max / U o min U i min U o max Amin
定它的特性是线性的，即
G=Agup 其复频域表示式为 ： G(s)=AgUp(s) Uo(s)=G(s)Ui(s)=AgUi(s)Up(s)=KgUp(s) 式中，Kg=AgUi，表示Uo与Up关系中 的斜率，如图所示。 以上说明了AGC电路的组成及各部件 的功能。但是，在实际AGC电路中并不一 定都包含这些部分。 8.2.8 ——up 为AGC控制电压 8.2.9 8.2.10
8.2.1 AGC电路的组成、工作原理及性能分析
AGC电路的组成如图8.11所示。它包含有可控增益电 路、电平检测电路、滤波器、比较器和控制信号产生器。
图8.11 AGC电路组成
1.电平检测电路
电平检测电路的功能就是检测出输出信号的电平值。它
的输入信号就是AGC电路的输出信号，可能是调幅波或调频
波，也可能是声音信号或图象信号。这些信号的幅度也是随
m
4kT
o
o
2. 利用在放大器级间插入可控衰减器改变增益
在放大器各级间插入由二极管和电阻网络构成的电控衰 减器来控制增益，是增益控制的一种较好的方法。 简单的二极管电控衰减器如图8.22所示。电阻R和二极 管VD的动态电阻rd构成一个分压器。当控制电压up变化时，
rd随着变化，从而改变分压器的分压比。
8.2.7
5.可控增益电路 可控增益电路能在控制电压作用下改变增益。要求这个
电路在增益变化时，不使信号产生线性或非线性失真。同时
要求它的增益变化范围大，它将直接影响AGC系统的增益控
制倍数ng。所以，可控增益 电路的性能对整个AGC系统
的技术指标影响是很大的。
可控增益电路的增益与控制电压的关系一般是非线性 的。通常最关心的是AGC系统的稳定情况。为简化分析，假
Cp 5～10 2FL R p
8.2.26
（反调制---τp太小，则控制电压将会跟随调制信号变化，使输出音频信号受到 附加的调制。相对来说，低频比高频更容易受到反调制。）
2. 峰值型AGC电路
峰值型AGC电路适应于被控信号中含有一个不随有用信
号变化的峰值的情况。 峰值型AGC检波电路不能和图象信号的检波共用一个检 波器。必须另外设置一个峰值检波器。图8.28就是这种检波
可控增益电路通常是一个可变增益放大器。控制放大器增益的方法主 要有：控制放大器本身的某些参数，或在放大器级间插入可控衰减器。
1. 利用控制放大器本身的参数改变增益 ⑴ 改变发射极电流Ie 正向传输导纳|Yfe|与晶体管的工作 点有关，改变发射极（或集电极电流）就可以使|Yfe|随之改变， 从而达到控制放大器增益的目的。 ⑵ 改变放大器的负载 放大器的增益与负载YL有关，调 节YL也可以实现对放大器增益的控制。 ⑶ 改变电流分配比 利用电流分配法来控制放大器的增 益，其优点是：放大器的增益受控时，只是改变了VT1和VT2的 电流分配，对VT3没有影响。 ⑷ 改变恒流源电流 改变恒流源电流的增益控制电路 如图8.21所示。它是平衡输入，单端输出的差分放大电路。 aq 该电路的小信号跨导为 g I 10 I
8.1.2 反馈控制系统 的基本分析
1. 系统的传递函数及数学模型
闭环传递函数是指输出信号Y(s)与参考信号R(s)之比 Ac Acp Y ( s) T ( s) T f ( s )Te ( s ) 8.1.7 R( s) 1 Ac Acp H ( s) 开环传递函数是指反馈信号F(s)与误差信号E(s)之比 F ( s) 8.1.8 Top ( s) Ac H ( s) E ( s)
其中，Acp为一比例常数。
4.控制信号产生器 控制信号产生器的功能是将误差信号变换为适于可变增 益电路需要的控制信号。这种变换通常是幅度的放大或极性 的变换。有的还设置一个初始值，以保证输入信号小于某一
电平时，保持放大器的增益最大。因此，它的特性的复频
域
表示式为 U (s)=A U (s) p p e 其中，Ap为比例常数。
也就是说最强信号和最弱信号相差可达几十分贝。这种变化
范围叫做接收机的动态范围。
自动增益控制电路是输入信号电平变化时，用改变增益 的方法维持输出信号电平基本不变的一种反馈控制系统。
对自动增益控制电路的主要要求: 控制范围要宽，信号
失真要小，要有适当的响应时间，同时，不影响接收机的噪 声性能。
U i max mi U i min
第八章 无线电技术中的反馈控制电路 (2) AGC和AFC电路原理
8.2 自动增益控制(AGC)电路
8.2.1 电路的组成、工作原理和性能分析 8.2.2 放大器的增益控制——可控增益电路 8.2.3 AGC控制电压的产生——电平检测电路 8.2.4 AGC电路举例
8.3 自动频率控制(AFC)电路 8.3.1 AFC电路的组成和基本 特性 8.3.2 AFC电路的应用举例 作业：8.7 8.8
型、峰值型和选通型三种。
1. 平均值型AGC电路 平均值型AGC电路适应于被控信号中含有一个不随有用 信号变化的平均值的情况。调幅接收机的自动增益控制广泛
采用这种电路。
图8.26 平均值型电平检测电路
图8.26是一种常用的等效电路，二极管VD和R1、R2、
C1、C2构成一个检波器，中频输出信号uo经检波后，除了得 到音频信号之外，还有一个平均直流分量up，它的大小和中
它的传输特性为
H ( s) U f (s) 1 U1 ( s) 1 sRC
8பைடு நூலகம்2.5
3.比较器
将给定的基准电平Ur与滤波器输出的uf进行比较，输出 误差信号为ue。通常ue与(ur-uf)成正比，所以，比较器特性的 复频域表示式为 Ue(s)=Acp[Ur(s)-uf(s)] 8.2.6
3. 选通型AGC电路
选通型AGC电路具有更强的抗干扰能力，多用于高质 量
的电视接收机和某些雷达接收机。 它的基本思想是只在反映信号电平的时间范围内对信号
将图8.2.1改画成图8.2.4所示的电路模型
图中，Kg即为Ac
8.2.2 放大器的增益控制——可控增益电路
可控增益电路是在控制信号作用下改变增益，从而改变 输出信号的电平，达到稳定输出电平的目的。这部分电路通
常是与整个系统共用的，并不是单独属于AGC系统。例如接
收机的高、中频放大器，它既是接收机的信号通道，又是 AGC系统的可控增益电路。要求可控增益电路只改变增益而 不致使信号失真。如果单级增益变化范围不能满足要求时， 还可采用多级控制的方法。
电平检测电路根据控制电压产生方法的不同，有平均值型、 峰值型和选通型。
2.滤波器
对于以不同频率变化的电平 信号，滤波器将有不同的传输特 性。用此可以控制AGC电路的响 应时间。也就是决定当输入电平
图8.12 RC积分电路
以不同的频率变化时输出电平将
怎样变化。常用的是单节RC积分电路。如图8.12所示。
8.1.10
8.2 自动增益控制(AGC)电路
自动增益控制电路是某些电子设备，特别是接收设备的
重要的辅助电路之一，其主要作用是使设备的输出电平保持
为一定的数值。因此也称自动电平控制（ALC）电路。 接收机的输出电平取决于输入信号电平和接收机的增 益。由于种种原因，接收机的输入信号变化范围往往很大， 微弱时可以是一微伏或几十微伏，信号强时可达几百毫伏。
的值增大，VT和VD1～VD4的电流 减小，rd增大，使信号受到较大的 衰减。控制过程如下： Ui大→Vp大（b点电位 低）→Vc高→电流小→ rd大→衰减大→输出小
串联式二极管衰减器
图8.25是用PIN管作为增益控制器件的典型电路。图中 VT1是共发射极电路，它直接耦合到下一级的基极；VT2是射 极跟随器，放大后的信号由发射极输出，同时有一部分由反 馈电阻Rf反馈到VT1的基极，反馈深度可通过Rf调整。因为 反馈电压与输入电压并联，所以是电压并联负反馈。
8.1 反馈控制系统的概念
8.1.2 反馈控制系统的组成、工作过程和特点 自动增益控制(AGC)电路、自动频率控制(AFC)电路及自 动相位控制(APC)电路。
1.反馈控制系统的工作过程 ①参考信号r0保持不变，输 出信号y发生了变化 ②参考信号r0发生了变化 总之，由于反馈控制作用，较大的参考信号变化和输出信号变化， 只引起小的误差信号变化。 两个条件: ① 是要反馈信号变化的方向与参考信号变化的方向一致 ② 是从误差信号到反馈信号的整个通路（含可控特性设备、反馈环节 和比较器）的增益要高。
8.2.2
式中，Amax=Uomin/Uimin 表示AGC电路的最大增益（对应低电平时） Amin=Uomax/Uimax 表示AGC电路的最小增益（对应高电平时） 可见，要想扩大AGC电路的控制范围，就要增大AGC 电路的增益控制倍数，也就是要求AGC电路有较大的增益 变化范围。同时要根据信号的性质和需要，设计适当的响 应时间。
图8.22 二极管电控衰减器
交流等效电路
图8.23是一种改进电路。控制电压up通过三极管VT来控 制VD1、VD2和VD3 、VD4的动态电阻。当输入信号较弱时， 控制电压up的（负压较小）值较小，晶体管VT的电流较大， 流过VD1～VD4的电流也比较大，其动态电阻rd小，因而信号
ui从四只二极管通过时的衰减很小。当输入信号增大时，up
频载波电平成正比，与信号的调幅度无关，这个电压就可以
用做AGC控制电压。Rp、Cp组成一个低通滤波器。把检波后 的音频分量滤掉，使控制电平up不受音频信号的影响。 为了减小反调制作用所产生的失真，时间常数τp=RpCp
(足够大但不能太大，太大了跟不上信号的变化)应根据调制
信号的最低频率FL来选择。其数值可以用下式来计算：
器的电路（电视机中AGC采用）。
要求充电时 间小，放电
时间大，C1
小R1大。
图8.28 峰值型电平检测电路及其波形
峰值型AGC电路具有一些优点：
1、输出的AGC控制电压大。
2、较好的抗干扰能力（幅度小于同步信号的干扰） 缺点： 干扰幅度大于同步信号，而且混入的时间较长，那么， 它对AGC电路就会产生危害。因此，这种电路的抗干扰性能 还不够理想。
正向传递函数是指输出信号Y(s)与误差信号E(s)之比。
T f ( s) Y ( s) Ac E ( s)
8.1.9
误差传递函数是指误差信号E(s)与参考信号R(s)之比。
Acp E ( s) Y ( s) E ( s) T ( s) Te ( s) R( s) R( s) Y ( s) T f ( s) 1 Ac Acp H ( s)
左右。通常电平检测电路是由检测器担任，其输出与输入信
号电平成线性关系，即 其复频域表示式为 u1=Kduy U1(s)=KdUy(s) 8.2.3 8.2.4
2.反馈控制系统的特点
（1）误差检测 可以远远小于参考信号与反馈信号间的起始
偏差。利用这个特性，达到两个目的-----保持输出基本不变或 输出跟随参考的变化。反映速度快，精度高。 （2）系统是根据误差信号的变化而进行调整，不论其变化的 原因。
（3）只要合理设计，就能够减小误差信号的变化，但不可能
完全消除误差的存在。
控制过程如下：
输入大→ Up小 →PIN内阻大→ 衰减大→输出小
图8.25 用PIN管作为电控衰减器的放大电路
8.2.3 AGC控制电压的产生——电平检测电路
AGC控制电压是由电平检测电路形成的，电平检测电路 的功能是从系统输出信号中取出电平信息。通常要求其输出 应与信号电平成比例。 按照控制电压产生方法的不同，电压检测电路有平均值
若用
代表AGC电路输入信号电平的变化范围，则 用 U o max mo U o min 代表AGC电路输出信号电平允许变化范围。
取
ng=mi/mo
8.2.1
称ng为增益控制倍数，显然ng愈大控制范围愈宽。
mi U i max / U i min U o min U i max Amax ng mo U o max / U o min U i min U o max Amin
定它的特性是线性的，即
G=Agup 其复频域表示式为 ： G(s)=AgUp(s) Uo(s)=G(s)Ui(s)=AgUi(s)Up(s)=KgUp(s) 式中，Kg=AgUi，表示Uo与Up关系中 的斜率，如图所示。 以上说明了AGC电路的组成及各部件 的功能。但是，在实际AGC电路中并不一 定都包含这些部分。 8.2.8 ——up 为AGC控制电压 8.2.9 8.2.10
8.2.1 AGC电路的组成、工作原理及性能分析
AGC电路的组成如图8.11所示。它包含有可控增益电 路、电平检测电路、滤波器、比较器和控制信号产生器。
图8.11 AGC电路组成
1.电平检测电路
电平检测电路的功能就是检测出输出信号的电平值。它
的输入信号就是AGC电路的输出信号，可能是调幅波或调频
波，也可能是声音信号或图象信号。这些信号的幅度也是随
m
4kT
o
o
2. 利用在放大器级间插入可控衰减器改变增益
在放大器各级间插入由二极管和电阻网络构成的电控衰 减器来控制增益，是增益控制的一种较好的方法。 简单的二极管电控衰减器如图8.22所示。电阻R和二极 管VD的动态电阻rd构成一个分压器。当控制电压up变化时，
rd随着变化，从而改变分压器的分压比。
8.2.7
5.可控增益电路 可控增益电路能在控制电压作用下改变增益。要求这个
电路在增益变化时，不使信号产生线性或非线性失真。同时
要求它的增益变化范围大，它将直接影响AGC系统的增益控
制倍数ng。所以，可控增益 电路的性能对整个AGC系统
的技术指标影响是很大的。
可控增益电路的增益与控制电压的关系一般是非线性 的。通常最关心的是AGC系统的稳定情况。为简化分析，假
Cp 5～10 2FL R p
8.2.26
（反调制---τp太小，则控制电压将会跟随调制信号变化，使输出音频信号受到 附加的调制。相对来说，低频比高频更容易受到反调制。）
2. 峰值型AGC电路
峰值型AGC电路适应于被控信号中含有一个不随有用信
号变化的峰值的情况。 峰值型AGC检波电路不能和图象信号的检波共用一个检 波器。必须另外设置一个峰值检波器。图8.28就是这种检波
可控增益电路通常是一个可变增益放大器。控制放大器增益的方法主 要有：控制放大器本身的某些参数，或在放大器级间插入可控衰减器。
1. 利用控制放大器本身的参数改变增益 ⑴ 改变发射极电流Ie 正向传输导纳|Yfe|与晶体管的工作 点有关，改变发射极（或集电极电流）就可以使|Yfe|随之改变， 从而达到控制放大器增益的目的。 ⑵ 改变放大器的负载 放大器的增益与负载YL有关，调 节YL也可以实现对放大器增益的控制。 ⑶ 改变电流分配比 利用电流分配法来控制放大器的增 益，其优点是：放大器的增益受控时，只是改变了VT1和VT2的 电流分配，对VT3没有影响。 ⑷ 改变恒流源电流 改变恒流源电流的增益控制电路 如图8.21所示。它是平衡输入，单端输出的差分放大电路。 aq 该电路的小信号跨导为 g I 10 I
8.1.2 反馈控制系统 的基本分析
1. 系统的传递函数及数学模型
闭环传递函数是指输出信号Y(s)与参考信号R(s)之比 Ac Acp Y ( s) T ( s) T f ( s )Te ( s ) 8.1.7 R( s) 1 Ac Acp H ( s) 开环传递函数是指反馈信号F(s)与误差信号E(s)之比 F ( s) 8.1.8 Top ( s) Ac H ( s) E ( s)
其中，Acp为一比例常数。
4.控制信号产生器 控制信号产生器的功能是将误差信号变换为适于可变增 益电路需要的控制信号。这种变换通常是幅度的放大或极性 的变换。有的还设置一个初始值，以保证输入信号小于某一
电平时，保持放大器的增益最大。因此，它的特性的复频
域
表示式为 U (s)=A U (s) p p e 其中，Ap为比例常数。
也就是说最强信号和最弱信号相差可达几十分贝。这种变化
范围叫做接收机的动态范围。
自动增益控制电路是输入信号电平变化时，用改变增益 的方法维持输出信号电平基本不变的一种反馈控制系统。
对自动增益控制电路的主要要求: 控制范围要宽，信号
失真要小，要有适当的响应时间，同时，不影响接收机的噪 声性能。
U i max mi U i min
第八章 无线电技术中的反馈控制电路 (2) AGC和AFC电路原理
8.2 自动增益控制(AGC)电路
8.2.1 电路的组成、工作原理和性能分析 8.2.2 放大器的增益控制——可控增益电路 8.2.3 AGC控制电压的产生——电平检测电路 8.2.4 AGC电路举例
8.3 自动频率控制(AFC)电路 8.3.1 AFC电路的组成和基本 特性 8.3.2 AFC电路的应用举例 作业：8.7 8.8
型、峰值型和选通型三种。
1. 平均值型AGC电路 平均值型AGC电路适应于被控信号中含有一个不随有用 信号变化的平均值的情况。调幅接收机的自动增益控制广泛
采用这种电路。
图8.26 平均值型电平检测电路
图8.26是一种常用的等效电路，二极管VD和R1、R2、
C1、C2构成一个检波器，中频输出信号uo经检波后，除了得 到音频信号之外，还有一个平均直流分量up，它的大小和中
它的传输特性为
H ( s) U f (s) 1 U1 ( s) 1 sRC
8பைடு நூலகம்2.5
3.比较器
将给定的基准电平Ur与滤波器输出的uf进行比较，输出 误差信号为ue。通常ue与(ur-uf)成正比，所以，比较器特性的 复频域表示式为 Ue(s)=Acp[Ur(s)-uf(s)] 8.2.6
3. 选通型AGC电路
选通型AGC电路具有更强的抗干扰能力，多用于高质 量
的电视接收机和某些雷达接收机。 它的基本思想是只在反映信号电平的时间范围内对信号
将图8.2.1改画成图8.2.4所示的电路模型
图中，Kg即为Ac
8.2.2 放大器的增益控制——可控增益电路
可控增益电路是在控制信号作用下改变增益，从而改变 输出信号的电平，达到稳定输出电平的目的。这部分电路通
常是与整个系统共用的，并不是单独属于AGC系统。例如接
收机的高、中频放大器，它既是接收机的信号通道，又是 AGC系统的可控增益电路。要求可控增益电路只改变增益而 不致使信号失真。如果单级增益变化范围不能满足要求时， 还可采用多级控制的方法。
电平检测电路根据控制电压产生方法的不同，有平均值型、 峰值型和选通型。
2.滤波器
对于以不同频率变化的电平 信号，滤波器将有不同的传输特 性。用此可以控制AGC电路的响 应时间。也就是决定当输入电平
图8.12 RC积分电路
以不同的频率变化时输出电平将
怎样变化。常用的是单节RC积分电路。如图8.12所示。
8.1.10
8.2 自动增益控制(AGC)电路
自动增益控制电路是某些电子设备，特别是接收设备的
重要的辅助电路之一，其主要作用是使设备的输出电平保持
为一定的数值。因此也称自动电平控制（ALC）电路。 接收机的输出电平取决于输入信号电平和接收机的增 益。由于种种原因，接收机的输入信号变化范围往往很大， 微弱时可以是一微伏或几十微伏，信号强时可达几百毫伏。
的值增大，VT和VD1～VD4的电流 减小，rd增大，使信号受到较大的 衰减。控制过程如下： Ui大→Vp大（b点电位 低）→Vc高→电流小→ rd大→衰减大→输出小
串联式二极管衰减器
图8.25是用PIN管作为增益控制器件的典型电路。图中 VT1是共发射极电路，它直接耦合到下一级的基极；VT2是射 极跟随器，放大后的信号由发射极输出，同时有一部分由反 馈电阻Rf反馈到VT1的基极，反馈深度可通过Rf调整。因为 反馈电压与输入电压并联，所以是电压并联负反馈。
8.1 反馈控制系统的概念
8.1.2 反馈控制系统的组成、工作过程和特点 自动增益控制(AGC)电路、自动频率控制(AFC)电路及自 动相位控制(APC)电路。
1.反馈控制系统的工作过程 ①参考信号r0保持不变，输 出信号y发生了变化 ②参考信号r0发生了变化 总之，由于反馈控制作用，较大的参考信号变化和输出信号变化， 只引起小的误差信号变化。 两个条件: ① 是要反馈信号变化的方向与参考信号变化的方向一致 ② 是从误差信号到反馈信号的整个通路（含可控特性设备、反馈环节 和比较器）的增益要高。
8.2.2
式中，Amax=Uomin/Uimin 表示AGC电路的最大增益（对应低电平时） Amin=Uomax/Uimax 表示AGC电路的最小增益（对应高电平时） 可见，要想扩大AGC电路的控制范围，就要增大AGC 电路的增益控制倍数，也就是要求AGC电路有较大的增益 变化范围。同时要根据信号的性质和需要，设计适当的响 应时间。
图8.22 二极管电控衰减器
交流等效电路
图8.23是一种改进电路。控制电压up通过三极管VT来控 制VD1、VD2和VD3 、VD4的动态电阻。当输入信号较弱时， 控制电压up的（负压较小）值较小，晶体管VT的电流较大， 流过VD1～VD4的电流也比较大，其动态电阻rd小，因而信号
ui从四只二极管通过时的衰减很小。当输入信号增大时，up
频载波电平成正比，与信号的调幅度无关，这个电压就可以
用做AGC控制电压。Rp、Cp组成一个低通滤波器。把检波后 的音频分量滤掉，使控制电平up不受音频信号的影响。 为了减小反调制作用所产生的失真，时间常数τp=RpCp
(足够大但不能太大，太大了跟不上信号的变化)应根据调制
信号的最低频率FL来选择。其数值可以用下式来计算：
器的电路（电视机中AGC采用）。
要求充电时 间小，放电
时间大，C1
小R1大。
图8.28 峰值型电平检测电路及其波形
峰值型AGC电路具有一些优点：
1、输出的AGC控制电压大。
2、较好的抗干扰能力（幅度小于同步信号的干扰） 缺点： 干扰幅度大于同步信号，而且混入的时间较长，那么， 它对AGC电路就会产生危害。因此，这种电路的抗干扰性能 还不够理想。
正向传递函数是指输出信号Y(s)与误差信号E(s)之比。
T f ( s) Y ( s) Ac E ( s)
8.1.9
误差传递函数是指误差信号E(s)与参考信号R(s)之比。
Acp E ( s) Y ( s) E ( s) T ( s) Te ( s) R( s) R( s) Y ( s) T f ( s) 1 Ac Acp H ( s)