第十二章反馈控制电路

通信电路原理

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第十二章反馈控制电路


主要内容• 12.1 概述 [2]

• 12.2 自动增益控制（ AGC ） [1]

• 12.3 自动频率控制（ AFC ） [2]

• 12.4 锁相环路的基本组成及数学模型[2]

• 12.5 锁相环路的基本分析 [3]

• 12.6 锁相环路的应用 [1]


重点和难点12.1 概述12.2 自动增

益控制（ AGC）

12.3 自动频率控制（ AFC）

12.4 锁相环路的基本组成及数学模型

12.5 锁相环路的基本分析

12.6 锁相环路的应用

• 各种控制电路的作用、组成框图、实际应用、实际电路

• 掌握 AGC 电路中对放大器增益的控制方法。 PLL(APC) 的组成框图及各种应用

• AGC 、 APC 中控制信号的变化方向与被控电路的相互关系


12.1 概述12.1 概述12.2 自动增

益控制（ AGC）





• 闭环 ( 自动 ) 控制系统：反馈控制– 将受控物理量自动调整到预定值

• 开环 ( 自动 ) 控制系统：前向控制– 程控 ( 数控 ) ，智能化控制等– 如开、关机，自动录放，程序工作等


一、常用的反馈控制方式 12.1 概述12.2 自动增

益控制（ AGC）





• 自动增益控制 AGC (AVC)– 反馈控制量为增益 ( 或电平 ), 以控制放大

器系统中某级 ( 或几级 ) 的增益大小• 自动频率控制 AFC

– 反馈控制量为频率 , 以稳定频率• 自动相位控制 APC (PLL)

– 反馈控制量为相位– PLL 可实现调频、鉴频、混频、解调、频率

合成等


二、自动控制系统的模式 ( 图 12-1 p361)

12.1 概述12.2 自动增

益控制（ AGC）






三、分析方法12.1 概述12.2 自动增

益控制（ AGC）





• 反馈控制电路均含有非线性电路，如：– AGC: 检波电路– AFC: 鉴频、混频电路– APC(PLL): 鉴相器、混频器

• 故采用非线性电路分析方法，在一定条件下可近似为线性


12.2 自动增益控制（ AGC ）12.1 概述12.2 自动增

益控制（ AGC）





• 一、 AGC 目的与要求– 目的

• 接收信号几 μV~ 几 mV 变化 , 即信号强弱比为103~104

– 变化原因• 距离不同、电台发射功率不同• 移动电台、短波信号衰落，强弱变化相对缓慢

– 信号强弱变化大，若放大器增益固定，则造成• 使后级放大器偏离线性区 , 信号失真，如电视信号的

同步头被压缩或消去 , 使同步失控，严重时 , 产生大信号阻塞 ( 进入截止、饱和区 )

• 增加混频组合频率干扰和非线性失真


12.2 自动增益控制（ AGC ）12.1 概述12.2 自动增

益控制（ AGC）





• 一、 AGC 目的与要求– 对 AGC 电路的具体要求

• 增益控制范围大，如电视 AGC ： 20~60dB

• 保持系统良好的信噪比特性• 控制灵敏度高，如电视 AGC ： -3dB 以内• 控制增益变化时，幅频、群时延特性不变 , 以

减小信号失真• 控制特性受温度影响小

第十二章反馈控制电路二、带有 AGC 电路的调幅接收机系统框图

12.1 概述12.2 自动增

益控制（ AGC）





• 图 12-2 p362

• 注意– 延迟式 AGC 控制 ( 先中放，后高放 )

– 对于 FM 接收机• 鉴频前的限幅，要求中放增益高，以提供足够的驱动电压，

故 AGC 一般只控制高放• 鉴频器的输出信号幅度仅与已调信号的频偏有关，而与输

入信号幅度无关，故 AGC 电压一般取自中放的一部分信号


三、控制放大器增益的方法12.1 概述12.2 自动增

益控制（ AGC）





• 放大管电流控制法 ( 图 12-3 p363)



益控制（ AGC）





• 反向 AGC （ OP 段）增益 G 随 Ic 正比变化，即 Ic ↓ -> G↓ ， Ic ↑ -> G↑

• 优点 – Ic 小，节省功率

• 缺点– 信号过小时， Ic 下降过快，放大器进入非线性区



益控制（ AGC）





左图为反向 AGC 控制， VAGC为负电压• 输出↑→ VAGC负向↑→ ib(ic)↓→G↓ ，输出↓→ VAGC负向↓→ ib(ic) ↑→G↑

右图为正向 AGC 控制， VAGC为正电压• 输出↑→ VAGC正向↑→ ib(ic)↑→G↓ ，输出↓→ VAGC正向↓→ ib(ic) ↓→G↑



益控制（ AGC）





• 放大管集电极电压控制法

– R 较大时 , ic↑ 时 Vcc经 R 后 Vcc' 下降较快 ,

– VAGC 正向↑ → ib(Vbe↑) → ic ↑ → VR↑ → Vcc' ↓ → G ↓



益控制（ AGC）





• 放大管负载控制法– 通过 VAGC 控制负载变化来改变增益 ( 图 12-6 p365)

– VAGC 正向↑→ VD 的正向内阻↓→ G↓

– VAGC 正向↓→ VD 的正向内阻↑→ G↑

– VAGC 负向时， VD 的反向内阻很大，对 G 影响很小



益控制（ AGC）





• 差动电路增益控制法– 图 12-7 p365

– 采用分流方式控制增益– 控制范围 80dB



益控制（ AGC）





• 双栅场MOS效应管增益控制– 图 12-8 p365


四、 AGC 电路举例12.1 概述12.2 自动增

益控制（ AGC）





• 广播接收机中的 AGC 电路 ( 图 12-9 p366)



益控制（ AGC）





• AGC 方式高线性调幅 ( 图 12-10 p367)



益控制（ AGC）





• AGC 方式高线性功放 ( 图 12-11 p367)


12.3 自动频率控制（ AFC ）12.1 概述12.2 自动增

益控制（ AGC）





• 使振荡器频率自动锁定到预定的频率上

• 一、 AFC 原理框图 ( 图 12-12 p368)



益控制（ AGC）





• 鉴频器 ( 比较器 )– f0(VCO 输出 ) ， fs(标准频率 )

– f0 = fs ：比较器无输出– f0 ≠ fs ：有正比于 f0 - fs 的输出 ,经LPF 输出 vc 去控制

VCO,当 | f0 - fs | 减少到△ f 时 , 自动微调过程停止 , 输出频率稳定在 fs ±△f

• LPF– 按系统要求 , 从鉴频器输出的误差信号中滤出控制信号 vc

• 受控元件（可变电抗元件）• 受控振荡器 VCO

• 闭环系统满足负反馈 ( 图 12-13 p368)



益控制（ AGC）





• 闭环系统满足负反馈 ( 图 12-13 p368)

• 右图：振荡器控制特性曲线– A: 理想，无频差 B: 实际，有固有频差△ f

– C: △ f p 捕捉带宽 D: △fH同步带宽 (临界情况 )


二、 AFC 系统应用框图举例12.1 概述12.2 自动增

益控制（ AGC）





• 调幅接收机 AFC 系统 ( 图 12-14 p369)


二、 AFC 系统应用框图举例12.1 概述12.2 自动增

益控制（ AGC）





• 彩电接收机 AFC 系统 ( 图 12-15 p369)


12.4 锁相环路的基本组成及数学模型12.1 概述12.2 自动增

益控制（ AGC）





• APC 的主要发展和应用： PLL技术• 一、锁相环路的基本组成 ( 图 12-16 p370)

– AFC: 频率有差系统。稳定点 M处，存在固有频差 (其大小由系统性能决定 )

– PLL: 频率无差系统。稳定点 M处，存在固有相差 (其大小由系统性能决定 )


二、鉴相器数学模型 ( 图 12-17 p371)

12.1 概述12.2 自动增

益控制（ AGC）





• 由正交乘积型鉴相器 P322 (10-28)


三、环路滤波器12.1 概述12.2 自动增

益控制（ AGC）





• 一般为 LPF ：抑制各种组合频率、干扰、噪声。 (表 12-1 p371) 均为 LPF


三、环路滤波器12.1 概述12.2 自动增

益控制（ AGC）





• 传输函数通式

• 环路滤波器的数学模型 ( 图 12-18 p372)


四、压控振荡器 ( 受控调频振荡器） 12.1 概述12.2 自动增

益控制（ AGC）






五、锁相环路的数学模型 ( 图 12-20 p373)

12.1 概述12.2 自动增

益控制（ AGC）






12.5 锁相环路的基本分析12.1 概述12.2 自动增

益控制（ AGC）





• 一、线性化后的环路模型– 图 12-21 p375


一、线性化后的环路模型12.1 概述12.2 自动增

益控制（ AGC）






二、一阶、二阶锁相环 [F(s) 不同 ]

12.1 概述12.2 自动增

益控制（ AGC）





• 一阶锁相环 ( 无实用价值，分析用 )– 无环路滤波器， F(s)=1 ，则传输函数为 s 的一阶函

数

• 二阶锁相环 ( 实用 )– F(s) 为比例滤波器等，则传输函数为 s 的二阶函数，

故性能优于一阶锁相环– 但三阶以上，环路稳定性下降


12.6 锁相环路的应用12.1 概述12.2 自动增

益控制（ AGC）





• 锁相环路的主要特点– 良好的跟踪特性– 环路锁定后无频差

• 即输出信号与参考信号频率相同• 且稳态相差为常数 ( 较小或零 )

– 良好的窄带滤波特性• 设计良好的二阶、三阶环，环路通带很窄• f0 为几十 MHz 时， B 可达几十 Hz~ 几 Hz

–易于集成化


一、频率合成器12.1 概述12.2 自动增

益控制（ AGC）





• PLL 应用，载波跟踪型环路• 数字式锁相频率合成器 ( 图 12-22

p378)



益控制（ AGC）





• MC145146构成的频率合成器 ( 图 12-23 p379)



益控制（ AGC）





• 带前置固定分频的锁相频率合成器 ( 图 12-24 p380)



益控制（ AGC）





• 带混频的锁相频率合成器 ( 图 12-25 p380)


二、锁相环路跟踪特性的应用12.1 概述12.2 自动增

益控制（ AGC）





• 载波跟踪型环路–窄带跟踪，用于载波提取

• 环路滤波器的通带很窄，输入已调信号的调制成分不能通过

• VCO 的输出能跟踪输入已调信号中载频的飘移，以获得较好的相干解调效果



益控制（ AGC）





• 载波跟踪型环路–例 1 ：锁相鉴相– 调相信号相干解调 ( 图 12-31 p384)



益控制（ AGC）





• 载波跟踪型环路–例 2 ：调幅信号的同步检波 ( 图 12-32

p384)



益控制（ AGC）





• 载波跟踪型环路–例 3 ：锁相调频 ( 图 12-29 p383)



益控制（ AGC）





• 载波跟踪型环路–例 4 ：锁相接收机 ( 图 13-15 p404)



益控制（ AGC）





• 调制跟踪型环路–宽带跟踪，用于鉴频等

• 环路滤波器的通带较宽 (fH >vΩ引起的频率变化部分 ) ，已调信号的调制成分可以通过

• VCO 的输出能跟踪输入已调信号中的瞬时频率变化



益控制（ AGC）





• 调制跟踪型环路–例 1 ：锁相鉴频 ( 图 12-30 p383)

• 要求环路滤波器的带宽 >vΩ引起的频率变化部分 , 使 VCO 能跟踪调频信号中反映调制规律变化的瞬时频率，则环路滤波器输出调制信号电压



益控制（ AGC）





• 调制跟踪型环路– 例 2 ：锁相混频 ( 图 12-28 p383)


三、锁相环路在工业生产上的应用12.1 概述12.2 自动增

益控制（ AGC）





• 图 12-33 p385


四、直接式数字频率合成器12.1 概述12.2 自动增

益控制（ AGC）





• DDS 工作原理（相位相加）–储器中信号样点示意图 ( 图 12-26 p381)

• 或为方波、三角波等波形



益控制（ AGC）





• 设抽样频率为 16MHz– 取 32 个样值，间隔为 Δφ

– 取 16 个样值，间隔为 2Δφ

– 取 8 个样值，间隔为 4Δφ

改变抽样频率可改变输出频率



益控制（ AGC）





• 直接式数字频率合成器组成例 AD9850 ( 图 12-27 p382)

– fc =125MHz 、 N=32 时， fr =0.0291Hz （输出频点分辨率）

– DDS 的缺点：噪声较大，输出信号较小时，信噪比较低


小结12.1 概述12.2 自动增

益控制（ AGC）





• 12.1 概述 [2]

– 常用的反馈控制方式 AGC 、 AFC 、 APC

• 12.2 自动增益控制（ AGC ） [1]

– 控制放大器增益的方法• 放大管电流控制法、放大管负载控制法等• 正、反向 AGC 电路

• 12.3 自动频率控制（ AFC ） [2]

– 系统框图和原理


小结12.1 概述12.2 自动增

益控制（ AGC）





• 12.4 锁相环路的基本组成及数学模型[2]

– 系统框图和环路方程基本原理• 12.5 锁相环路的基本分析 [3]

– 一阶和二阶环的基本概念• 12.6 锁相环路的应用 [1]

– 频率合成器（载波跟踪型环路）–其它载波跟踪型环路和调制跟踪型环路应

用

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