自动增益控制与锁相环路

一、实验目的

(1)掌握AGC工作原理。

(2)掌握AGC主放大器的增益控制范围。

二、实验仪器

(1)1号模块 1块

(2)6号模块 1块

(3)2号模块 1块

(4)5号模块 1块

(5)双踪示波器 1台

三、实验原理

1． 自动增益控制电路

对接收机中AGC的要求是在接收机输入端的信号超过某一值后，输出信号几乎不再随输入信号的增大而增大。根据这一要求，可以拟出实现AGC控制的方框图，如图3－6－1所示。

检波器将选频回路输出的高频信号变换为与高频载波幅度成比例的直流信号，经直流放大器放大后，和基准电压进行比较后作为接收机输入端的电压。不超过所设定的电压值时，直流放大器的输出电压也较小，加到比较器上的电压低于基准电压，此时环路断开，AGC电路不起控。如果接收机输入端的电压超过了所设定的值，相应地直流放大器的输出电压也增大，这时，送到比较器上的电压就会超过基准电压。这样，AGC电路开始起控，即对主放大器的增益起控制作用。当主放大器(可控增益)的输出电压随接收机输入信号增大而增大时，直流放大器的输出电压控制主放大器使其增益下降，其输出电压也下降，保持基本稳定。

图3－6－1 自动增益控制方框图

图3－6－2是以MC1350作为小信号选频放大器并带有AGC的电路图，F1、F2为陶瓷滤波器(中心频率分别为4．5MHz和10．7MHz)，选频放大器的输出信号通过耦合电容连接到输出插孔P4。输出信号另一路通过检波二极管D1进入AGC反馈电路。R14、C18为检波负载，这是一个简单的二极管包络检波器。运算放大器U2B为直流放大器，其作用是提高控制灵敏度。检波负载的时间常数C18·R14应远大于调制信号(音频)的一个周期，以便滤除调制信号，避免失真。这样，控制电压是正比于载波幅度的。时间常数过大也不好，因为那样的话，它将跟不上信号在传播过程中发生的随机变化。

跨接于运放U2B的输出端与反相输入端的电容C17，其作用是进一步滤除控制信号中的调制频率分量。二极管D3可对U2B输出控制电压进行限幅。

W4提供比较电压，反相放大器U2A的2，3两端电位相等(虚短)，等于W4提供的比较电压，只有当U2B输出的直流控制信号大于此比较电压时，U2A才能输出AGC控制电压。

AGC电路的主要性能指标是AGC电路的动态增益范围MAGC。

用分贝表示为:

式中:为AGC电路允许的输入信号振幅最大值与最小值之比。

为AGC电路限定的输出信号振幅最大值与最小值之比。

A1max: 输入信号振幅最小时，可控增益放大器的增益，即最大增益。

A1min: 输入信号振幅最大时，可控增益放大器的增益，即最小增益。

2．锁相环路

(1)锁相环路的基本组成

锁相环由三部分组成，如图3－6－3所示，它由相位比较器PD、低通滤波器LF、压控振荡器VCO三个部分组成一个闭合环路，输入信号为Vi(t)，输出信号为VO(t)，反馈至输入端。

图3－6－2 自动增益控制电路原理图(AGC)

图3－6－3 锁相环组成框图

(2)锁相环锁相原理

锁相环是一种以消除频率误差为目的的反馈控制电路，它的基本原理是利用相位误差电压去消除频率误差，所以当电路达到平衡状态后，虽然有剩余相位误差存在，但频率误差可以降低到零，从而实现无频差的频率跟踪和相位跟踪。

当调频信号没有频偏时，若压控振荡器的频率与外来载波信号频率有差异时，通过相位比较器输出一个误差电压。这个误差电压的频率较低，经过低通滤波器滤去所含的高频成分，再去控制压控振荡器，使振荡频率趋近于外来载波信号频率，于是误差越来越小，直至压控振荡频率和外来信号一样，压控振荡器的频率被锁定在与外来信号相同的频率上，环路处于锁定状态。

当调频信号有频偏时，和原来稳定在载波中心频率上的压控振荡器相位比较的结果，相位比较器输出一个误差电压，以使压控振荡器向外来信号的频率靠近。

(3)同步带与捕捉带

同步带是指从PLL锁定开始，改变输入信号的频率fi(向高或向低两个方向变化)，直到PLL失锁(由锁定到失锁)，这段频率范围称为同步带。

捕捉带是指锁相环处于一定的固有振荡频率f V，并当输入信号频率fi偏离f V上限值fimax或下限值fimin时，环路还能进入锁定，则称fimax－fimin=Δf V为捕捉带。

四、实验内容

1．自动增益控制电路

(1)自动增益控制电路连线连线框图如表3－6－1所示。

表3－6－1 自动增益控制电路连线说明表

(2)测量开环时动态范围(AGC开关控制SW2拨为OFF)

①将2号板开关SW1拨到4．5MHz，打开电源。调节“RF幅度”旋钮，使得输入端TP2处测得电压为200m V。

②适当调节W3使得TP5处输出信号VO的峰－峰值为2V。

③保持步骤②中W3的位置不变。调节“RF幅度”旋钮，使得输出端信号VO的峰－峰值为1V，在表3－6－2中记下此时的输入端TP2电压为Vimmin;

④再次调节“RF幅度”旋钮，使得输出端信号VO的峰－峰值为3V，在表3－6－2中记下此时的输入端TP2电压为Vimmax。

⑤代入公式计算，并将结果填入表3－6－2中。

表3－6－2 测量开环时动态范围数据记录表

(3)测量闭环时动态范围(AGC开关拨为ON)

①保持输入频率4．5MHz不变，并且把“RF幅度”旋钮调节到最大(约为750m V)， SW1仍为4．5MHz位置。

②保持W3在开环状态的位置不变，适当调节W4使输出点TP5处信号VO峰－峰值为600m V，并且在表3－6－3中记下此时TP2处输入信号的幅度为vimmax; 然后观察TP5处输出信号幅度，调节“RF幅度”旋钮减小输入信号幅度，直到输出有变化为止，记此时TP2处信号幅度为vimmin，然后代入公式计算，并将结果填入表3－6－3。

表3－6－3 测量闭环时动态范围数据记录表

2．锁相环路

①将S2设为0010(即VCO的自由振荡频率为4．5MHz)，并完成表3－6－4所示的连线。

表3－6－4 锁相环路连线说明表

②先按下1号模块上“频率调节”旋钮，选择“×10”挡，然后慢慢增大载波频率直至环路刚刚失锁，记下此时的输入频率为f H1，再减小fi，直到环路刚刚锁定为止，记下此时的输入频率为f H2，继续减小fi，直到环路再一次刚刚失锁为止，记下此时的频率为f L1，再一次增大fi，直到环路再一次刚刚锁定为止，记下此时频率为f L2，填入表3－6－4。然后根据以上测试值计算得到同步带和捕捉带，并填入表3－6－4。

同步带: f H1－f L1捕捉带: f H2－f L2

表3－6－4 锁相环路数据记录表

五、实验报告要求

(1)整理实验数据，按要求填写实验报告。

(2)分析AGC工作原理。

(3)测试AGC主放大器的增益控制范围。

(4)比较没有AGC和有AGC两种情况下输出电压的变化范围。