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1、通信电子电路 第6章 反馈控制电路与频率合成,6.1 AGC和AFC 6.2 锁相环PLL 6.3 锁相频率合成器 6.4直接数字频率合成器（DDS）,North China Electric Power University,North China Electric Power University,通信电子电路 第6章 反馈控制电路与频率合成,基本概念,常用的反馈控制电路可分为以下三类： 自动增益控制（Automatic Gain Control，AGC） 自动频率控制（Automatic Frequency Control，AFC） 自动相位控制（Automatic Phase Cont
2、rol，APC） 其中自动相位控制电路又称为锁相环路（Phase Locked Loop，PLL），是应用最广的一种反馈控制电路。,North China Electric Power University,通信电子电路 第6章 反馈控制电路与频率合成,6.1 AGC和AFC 6.1.1自动增益控制AGC 一、AGC电路的组成 AGC电路使接收通道中的高放和中放电路在接收信号较弱时，保持高增益；而接收信号较强时，使高放和中放的增益自动降低，以保持输出信号强度基本不变。AGC电路的组成框图如下图： 设可控增益放大器在 UAGC =0时（即不需控制时） 的输出电压幅度为Uo， 则当实际输出电压振幅
3、偏离 Uo时，UAGC 0，就可控 制可控放大器的增益， 使输出电压向Uo靠近。,North China Electric Power University,通信电子电路 第6章 反馈控制电路与频率合成,通过不断反馈调节使AGC控制过程稳定下来，得到稳定的UAGC，最终得到稳定的接收通道输出电压Uo ，该值只能接近Uo，而不等于Uo。也就是说，无论何种情况，通过环路不断地循环反馈，使输出信号振幅保持基本不变或仅在较小范围内变化，AGC控制电路是有误差的控制电路。 下图为带有AGC电路的接收通道框图： 图中的AGC检波器不同于 包络检波器，AGC检波器 的输出反映的是载波电 压（直流）的变化，
4、而不是包络的变化。直流放大 器输出的AGC控制电压控制接 收通道中的高频放大器和中频放大器，使其增益在强信号时下降而弱信号时增加，达到AGC的目的。,North China Electric Power University,通信电子电路 第6章 反馈控制电路与频率合成,二、AGC电路的主要性能指标 1、动态范围 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。 输出动态范围：AGC电路限定的输出信号振幅最大值与最小 值之比，即mo=Uomax/Uomin； 输入动态范围：AGC电路容许的输入信号振幅最大值与最小 值之比 ，即mi=Uima
5、x/Uimin 则nAGC是可控增益放大器的增益控制倍数：,North China Electric Power University,通信电子电路 第6章 反馈控制电路与频率合成,上式中，Kvmax是输入信号振幅最小时可控增益放大器的增益，它表示AGC电路的最大增益；Kvmin是输入信号振幅最大时可控增益放大器的增益，它表示AGC电路的最小增益。 显然，nAGC =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nAGC尽可能大。nAGC也可称为增益动态范围，通常用分贝数表示。 2、响应时间 要求AGC电路的反应既要能
6、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。,North China Electric Power University,通信电子电路 第6章 反馈控制电路与频率合成,【例】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，问需要多少级AGC电路才能满足要求？ 【解】由题意可得： 则接收机AGC系统的增益控制倍数为： nAGC =20lg(mi/mo)=20lg mi -20lg mo =62-2.28=59.72(dB) 所需AGC电路的级数为：N=59.72/203,North China Ele
7、ctric Power University,通信电子电路 第6章 反馈控制电路与频率合成,三、AGC控制电路类型 1、简单AGC电路 在简单AGC电路里，参考电平Ur0， 无论输入信号振幅Ui大小如何， AGC的作用都会使增益K减小， 从而使输出信号振幅Uo减小。 简单AGC电路特性曲线 及框图如右图： 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，因为只要输入电压不为0，AGC就会起控制作用，所以只适用于输入信号振幅较大的场合。,North China Electric Power University,通信电子电路 第6章 反馈控制电路与频
8、率合成,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Ur 。它对应的输入信号振幅就是延迟AGC特性曲线中的Uimin。 当输入信号Ui小于Uimin时， 反馈环路断开，AGC不起作用， 当输入信号Ui大于Uimax后， AGC作用消失。 可见， Uimin与Uimax区间即为所容许 的输入信号的动态范围， Uomin与Uomax区间即为对应的输出信号的动态范围。 这种AGC电路由于需要延迟到Ui Uimin之后才开始控制作用，故称为延迟AGC，“延迟”二字不是指时间上的延迟。,North China Electric Power University,通信电子电路 第
9、6章 反馈控制电路与频率合成,下图是延迟AGC的局部应用电路，图中VD、R1和C1为AGC检波器，R和C为低通滤波器，作为门限的延迟电压由Vcc经电阻分压后获得，晶体管集电极信号作为输入电压与延迟电压叠加后送到AGC检波器。当输入电压小于延迟电压时，二极管VD不导通，AGC电压为零，AGC电路不起作用；当输入电压大于延迟电压时，二极管VD开始导通，产生AGC电压，AGC电路起作用。,North China Electric Power University,通信电子电路 第6章 反馈控制电路与频率合成,四、可控增益放大器 可控增益放大器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
10、到稳定输出电平的目的。 控制放大器增益的方法主要有两种：一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、负反馈大小等来控制其增益；二是插入可控衰减器来改变整个放大器的增益。 1、三极管增益控制电路 具有AGC功能的三极管通常是 特制的三极管，管子的正向传 输导纳yfe随静态发射极电 流IE的改变而迅速变化，三极 管yfeIE特性曲线 如右图：,North China Electric Power University,通信电子电路 第6章 反馈控制电路与频率合成,反向AGC：如果把静态工作点选在IEQ点，当IEIEQ时， yfe随IE减小而下降； 正向AGC：当I
11、EIEQ时，|yfe|随IE增加而下降。 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。 正向AGC电路的缺点是，当工作电流IE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。,North China Electric Power University,通信电子电路 第6章 反馈控制电路与频率合成,三极管增益控制的典型电路（a） ： 图中的AGC控制电压UAGC从发射极注入，为正电压，与输入电压振幅Ui的变化方向相同，是一种反向AGC。控制过程
12、为： UiUoUAGCUbeIEyfeKvUo,North China Electric Power University,通信电子电路 第6章 反馈控制电路与频率合成,三极管增益控制的典型电路（b） ： 图（b）中的AGC控制电压UAGC从基极注入，也为正电压，与输入电压振幅Ui的变化方向相同，是正向AGC。 控制过程为： UiUoUAGCUbeIEyfeKvUo,North China Electric Power University,通信电子电路 第6章 反馈控制电路与频率合成,2、差分放大器发射极负反馈增益控制电路 右图为集成电路中常用的发射极负反馈 增益控制电路，三极管T1和T2组
13、成差分放大器。 信号从T1和T2的两个基极双端输入， 从两个集电极双端输出。 控制信号UAGC从T3基极注入， 二极管VD1、VD2和电阻Re1、Re2构 成发射极负反馈电路，且电路对称。 二极管VD1、VD2导通与否取决 于Re1和Re2上的电压。 控制过程为： UAGCIc3IDRDReKv 利用这种电路进行增益控制时，UAGC应该随Ui的增大而减小。,North China Electric Power University,通信电子电路 第6章 反馈控制电路与频率合成,3、可控衰减器增益控制电路 可控衰减器是由二极管和电阻组成的分压电路，利用AGC电压控制二极管导通电阻RD，从而改变分
14、压比，达到对信号衰减量的控制。 下图是用VD1、VD2和电阻R1组成的可控衰减器，控制电压UAGC应随输入信号Ui的增大而减小，才能实现控制。,North China Electric Power University,通信电子电路 第6章 反馈控制电路与频率合成,4、实用AGC系统 下图是电视机中的AGC系统：由高频放大、三级中频放大、视频检波、AGC检波和AGC放大等电路组成。 第一级延迟：当Ui超过某一定值Ui1后, 先对中放进行增益控制，而高放增益不变；第二级延迟：当Ui超过另一定值Ui2后，中放增益不再降低，而高放增益开始起控。 采用两级延迟AGC的优势在于当输入信号不是很大时，保持
15、高放级处于最大增 益，可使高放级输 出信噪比不降低， 有利于降低接收机 的总噪声系数。,North China Electric Power University,通信电子电路 第6章 反馈控制电路与频率合成,6.1.2 自动频率控制AFC AFC电路的控制对象则是信号的频率，其主要作用是自动控制振荡器的振荡频率。 一、AFC的工作原理 AFC电路由混频器-鉴频器（频率比较器）、低通滤波器和压控振荡器VCO（可控频率器件）组成，其方框图如下图。 这是一个闭环的负反馈系统，由于AFC电路的控制参量是频率，所以其中的关键部分是VCO。,North China Electric Power Univ
16、ersity,通信电子电路 第6章 反馈控制电路与频率合成,将输入信号频率i与VCO的频率o送入混频器，混频器的输出是i与o的差频 。当0时，鉴频器将输出一个电压ud，ud经过低通滤波器滤除高频分量后得到一个缓慢变化的电压uc作为VCO的控制电压。在uc的控制下，VCO的振荡频率o发生变化，使得o逐渐接近i，这个过程称为频率跟踪过程。当调节至很小时，电路就趋于稳定状态，这时的称为剩余频差，记为。 AFC电路的鉴频和压控特性如下图：鉴频和压控灵敏度越大，两条曲线越陡峭，AFC的控制能力越强。,North China Electric Power University,通信电子电路 第6章 反馈控制电路与频率合成,二、AFC在通信系统中的应用 调幅接收机中AFC电路方框图：当本振角频率发生偏移
