自动增益控制电路(1)
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• 8．1 概 述 • 8．2 自动增益控制电路 • 8．3 自动频率控制电路 • 8．4 锁相环路（PLL） • 8．5 频率合成器 • 8．6 APC电路简介
• 反馈控制是现实物理过程中的一个基本现
象。在各种人造系统中，为准确调整系统 或单元的某些状态参数，常采用反馈控制 的方法。采用反馈控制的方法稳定放大器 增益是反馈控制在电子线路领域最典型的 应用之一。
• 由图可写出它们的传递函数，现以图8-15
（b）为例，得
（8A-1F (2s)） UU
C D
(s) (s)
R1
R2 R2
1
sC 1
sC
1 s2 1 s(1 2)
AF (s)
• 如果将 中的复频率s用微分算子P替换，
就可以写出描述滤波器激励和响应之间关
系的微分方程uC，(t)即 AF ( p)uD (t)
• ④自动功率控制（Automatic Power Control
简记为APC）
8．1 概 述
• 为稳定系统状态而采用的反馈控制系统应
是一个负反馈系统或称负反馈环路。它由 图8-1所示的三部分组成。
图8-1 反馈控制系统
+ 8．2．1 自动增益控制电路的作用 + 8．2．2 增益控制电路
• 自动增益控制电路组成如图8-3所示。
8．1 概 述
• 采用反馈控制的方法来稳定这些电路状态
参数就是:
• ①自动增益控制（Automatic Gain Control
简记为AGC）
• ②自动频率控制（Automatic Frequency
Control简记为AFC）
• ③自动相位控制（Automatic Phase Control
简记为APC ）
• 8．4．1 锁相环路组成与基本原理 • 8．4．2 锁相环路的数学模型 • 8．4．3 锁相环路的捕捉与跟踪 • 8．4．4 集成锁相环路 • 8．4．5 锁相环路的wenku.baidu.com用
• 锁相环路也是一种以消除频率误差为目的的自动
控制电路，但它不是直接利用频率误差信号电压， 而是利用相位误差信号电压去消除频率误差。锁 相环路基本组成如图8-11所示，它是由鉴相器、 环路滤波器和压控振荡器组成的闭合环路，与 AFC电路相比较，其差别仅在于鉴相器取代了鉴 频器。
振荡器和环路滹理器三个基本组成部件， 下面先对它们的基本特性予以说明。
• 1．鉴相器（PD）
图8-13 正弦鉴相器的相位模型
• 2．压控振荡器（VCO） • 压控振荡器是一个电压一频率变换装置，
它的振荡角频率随输入控制电压uC (t) 的变 化而变化。一般情况下，压控振荡器的控 制特性是非线性的，如图8-14（a）所示
电路，图中单独设置提供AGC电压的AGC检波器。
• 当AGC检波器输入信号幅度大于 时，AGC电路才起作用，
其控制特性如图8-5（b）所示。
图8-5 具有延迟式ACC电路的接收机 （a）框图 （b）延迟式ACC控制特性
• 1．控制晶体管发射极电流实现增益控制
•
g
晶体管放大器的增益与放大管的跨导
m
有关，
图8-14 压控振荡器的控制特性及其电路相位模型 （a）VCO的控制特性 （b）VCO相位模型
• 3．环路滤波器（LF） • 在锁相环路中常用的环路滤波器有RC积分
滤波器、RC比例积分滤波器和有源比例积 分滤波器等，它们的电路分别如图8-15 （a）、（b）、（c）所示。
图8-15 环路滤波器 （a）RC积分滤波器 （b）RC比例积分滤波器 （c）有源比例积分滤波器
（8-13）
• 由式（8-13）可得环路滤波器的电路模型，
如图8-16所示。
图8-16 环路滤波器的电路模型
• 4．锁相环路的相位模型和基本方程
• 将图8-13、图8-14（b）和图8-16所示三个基本环
路部件的数学模型按图8-11所示环路连接，就可
8．3．2 应用举例
• 在AFC电路的作用下，接收机的输入调幅信
号的载波频率和压控振荡器频率之差接近 于中频。因此，采用AFC电路后，中频放大 器的带宽可以减小，从而有利于提高接收 机的灵敏度和选择性。
8．3．2 应用举例
• 图8-10所示是采用AFC电路的调频发射机组
成框图。
图8-10 具有AFC电路的调频发射机框图
图8-11 锁相环路基本组成
• 众所周知，若两个正弦信号频率相等，则这两个
信号之间的相位差必保持恒定，如图8-12（a）所 示。若两个正弦信号频率不相等，则它们之间的 瞬时相位差将随时间变化而不断变化，如图8-12 （b）所示.。
图8-12 两个信号的频率和相位之间的关系 （a）＝ （b）≠
• 锁相环路的性能主要取决于鉴相器、压控
图8-8 AFC电路原理框图
• 8．3．2 应用举例
• 自动频率控制电路广泛用作接收机和发射机中的自动频率
微调电路。图8-9所示是采用AFC电路的调幅接收机组成框 图，它比普通调幅接收机增加了限幅鉴频器、低通滤波器 和放大器等部分，同时将本机振荡器改为压控振荡器。
图8-9 调幅接收机中的AFC系统
而gm 与管子的静态工作点有关，因此，改
变发射极工作点电流I E ，放大器的增益即
随之改变，从而达到控制放大器增益的目
的。
• 为了控制晶体管的静态工作点电流I E ，一
般把控制电压UC 加到晶体管的基极或发射 极上。图8-6所示是控制电压加到晶体管基 极上的AGC电路。
图8-6 AGC放大电路
• 2．差分放大器增益控制电路
• 集成电路中广泛采用差分电路作为基本单元，差分电路的
增益控制可以通过改变其电流分配比、负反馈深度和恒流 源电流等来实现。图8-7所示是由中频放大器集成块构成 的放大电路.
图8-7 改变电流分配比的增益控制电路
• 8．3．1 工作原理
• 图8-8所示为AFC电路的原理框图，它由鉴频器、低通滤波
器和压控振荡器组成 f r 为标准频率，fo 为输出信号频率。
图8-3 自动增益控制电路
• 图8-4所示为调幅接收机的自动增益控制电路
结构框图。
图8-4 具有简单ACC电路的调幅接收机框图
• 在图8-4所示简单AGC电路中，当接收机一有
输入信号，AGC电路就会立即起控制作用，接 收机的增益因受控而降低，这对接收弱信号是 不利的。
• 为了克服这一缺点，可采用图8-5（a）所示的延迟式AGC
• 反馈控制是现实物理过程中的一个基本现
象。在各种人造系统中，为准确调整系统 或单元的某些状态参数，常采用反馈控制 的方法。采用反馈控制的方法稳定放大器 增益是反馈控制在电子线路领域最典型的 应用之一。
• 由图可写出它们的传递函数，现以图8-15
（b）为例，得
（8A-1F (2s)） UU
C D
(s) (s)
R1
R2 R2
1
sC 1
sC
1 s2 1 s(1 2)
AF (s)
• 如果将 中的复频率s用微分算子P替换，
就可以写出描述滤波器激励和响应之间关
系的微分方程uC，(t)即 AF ( p)uD (t)
• ④自动功率控制（Automatic Power Control
简记为APC）
8．1 概 述
• 为稳定系统状态而采用的反馈控制系统应
是一个负反馈系统或称负反馈环路。它由 图8-1所示的三部分组成。
图8-1 反馈控制系统
+ 8．2．1 自动增益控制电路的作用 + 8．2．2 增益控制电路
• 自动增益控制电路组成如图8-3所示。
8．1 概 述
• 采用反馈控制的方法来稳定这些电路状态
参数就是:
• ①自动增益控制（Automatic Gain Control
简记为AGC）
• ②自动频率控制（Automatic Frequency
Control简记为AFC）
• ③自动相位控制（Automatic Phase Control
简记为APC ）
• 8．4．1 锁相环路组成与基本原理 • 8．4．2 锁相环路的数学模型 • 8．4．3 锁相环路的捕捉与跟踪 • 8．4．4 集成锁相环路 • 8．4．5 锁相环路的wenku.baidu.com用
• 锁相环路也是一种以消除频率误差为目的的自动
控制电路，但它不是直接利用频率误差信号电压， 而是利用相位误差信号电压去消除频率误差。锁 相环路基本组成如图8-11所示，它是由鉴相器、 环路滤波器和压控振荡器组成的闭合环路，与 AFC电路相比较，其差别仅在于鉴相器取代了鉴 频器。
振荡器和环路滹理器三个基本组成部件， 下面先对它们的基本特性予以说明。
• 1．鉴相器（PD）
图8-13 正弦鉴相器的相位模型
• 2．压控振荡器（VCO） • 压控振荡器是一个电压一频率变换装置，
它的振荡角频率随输入控制电压uC (t) 的变 化而变化。一般情况下，压控振荡器的控 制特性是非线性的，如图8-14（a）所示
电路，图中单独设置提供AGC电压的AGC检波器。
• 当AGC检波器输入信号幅度大于 时，AGC电路才起作用，
其控制特性如图8-5（b）所示。
图8-5 具有延迟式ACC电路的接收机 （a）框图 （b）延迟式ACC控制特性
• 1．控制晶体管发射极电流实现增益控制
•
g
晶体管放大器的增益与放大管的跨导
m
有关，
图8-14 压控振荡器的控制特性及其电路相位模型 （a）VCO的控制特性 （b）VCO相位模型
• 3．环路滤波器（LF） • 在锁相环路中常用的环路滤波器有RC积分
滤波器、RC比例积分滤波器和有源比例积 分滤波器等，它们的电路分别如图8-15 （a）、（b）、（c）所示。
图8-15 环路滤波器 （a）RC积分滤波器 （b）RC比例积分滤波器 （c）有源比例积分滤波器
（8-13）
• 由式（8-13）可得环路滤波器的电路模型，
如图8-16所示。
图8-16 环路滤波器的电路模型
• 4．锁相环路的相位模型和基本方程
• 将图8-13、图8-14（b）和图8-16所示三个基本环
路部件的数学模型按图8-11所示环路连接，就可
8．3．2 应用举例
• 在AFC电路的作用下，接收机的输入调幅信
号的载波频率和压控振荡器频率之差接近 于中频。因此，采用AFC电路后，中频放大 器的带宽可以减小，从而有利于提高接收 机的灵敏度和选择性。
8．3．2 应用举例
• 图8-10所示是采用AFC电路的调频发射机组
成框图。
图8-10 具有AFC电路的调频发射机框图
图8-11 锁相环路基本组成
• 众所周知，若两个正弦信号频率相等，则这两个
信号之间的相位差必保持恒定，如图8-12（a）所 示。若两个正弦信号频率不相等，则它们之间的 瞬时相位差将随时间变化而不断变化，如图8-12 （b）所示.。
图8-12 两个信号的频率和相位之间的关系 （a）＝ （b）≠
• 锁相环路的性能主要取决于鉴相器、压控
图8-8 AFC电路原理框图
• 8．3．2 应用举例
• 自动频率控制电路广泛用作接收机和发射机中的自动频率
微调电路。图8-9所示是采用AFC电路的调幅接收机组成框 图，它比普通调幅接收机增加了限幅鉴频器、低通滤波器 和放大器等部分，同时将本机振荡器改为压控振荡器。
图8-9 调幅接收机中的AFC系统
而gm 与管子的静态工作点有关，因此，改
变发射极工作点电流I E ，放大器的增益即
随之改变，从而达到控制放大器增益的目
的。
• 为了控制晶体管的静态工作点电流I E ，一
般把控制电压UC 加到晶体管的基极或发射 极上。图8-6所示是控制电压加到晶体管基 极上的AGC电路。
图8-6 AGC放大电路
• 2．差分放大器增益控制电路
• 集成电路中广泛采用差分电路作为基本单元，差分电路的
增益控制可以通过改变其电流分配比、负反馈深度和恒流 源电流等来实现。图8-7所示是由中频放大器集成块构成 的放大电路.
图8-7 改变电流分配比的增益控制电路
• 8．3．1 工作原理
• 图8-8所示为AFC电路的原理框图，它由鉴频器、低通滤波
器和压控振荡器组成 f r 为标准频率，fo 为输出信号频率。
图8-3 自动增益控制电路
• 图8-4所示为调幅接收机的自动增益控制电路
结构框图。
图8-4 具有简单ACC电路的调幅接收机框图
• 在图8-4所示简单AGC电路中，当接收机一有
输入信号，AGC电路就会立即起控制作用，接 收机的增益因受控而降低，这对接收弱信号是 不利的。
• 为了克服这一缺点，可采用图8-5（a）所示的延迟式AGC