1、自动增益控制电路前言在通信、导航、遥测遥控系统中，由于受发射功率大小、收发距离远近、电波传播衰落等各种因素的影响，接收机所接收的信号变化范围很大，信号最强时与最弱时可相差几十分贝。如果接收机增益不变，则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。因此，必须采用自动增益控制电路，使接收机的增益随输入信号的强弱而变化。这是接收机中几乎不可缺少的辅助电路。在发射机中或其他电子设备中，自动增益控制电路也有广泛的应用。一、工作原理1.电路组成与框图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
2、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.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。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
3、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。.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。.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
4、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。1、 主要性能指 2、 标 3、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。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
5、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
6、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.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
7、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。三、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。1.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
8、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.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
9、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。四、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。1.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
10、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
11、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（5）是晶体管收音机中的简单 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。2.(6)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，
12、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(5)晶体管收音机中的简单 AGC 电路 图(6)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。
