求一AGC放大电路

starxi

自制的短波全段无级调整信号发生器，0.3MHz-31MHz的，输出差别很大，0.35V-2.2V，如何加一个AGC放大器使其输出基本一样？欢迎各路高手赐教

JHXC

高频电路稳幅，实际上是一种反调制电路，与常见的AGC电路有些相似，但在仪器上使用相对要求高一些，将信号输出取样（峰值检波），经直流放大器放大，其输出用来控制放大器增益，以求获得幅度相对稳定的信号输出。稳幅控制电路的输出可以去控制其中的一级放大（可用双栅极场效应管）、也可以控制振荡器的供电电压大小（相当于一个可控稳压器）、再就是PIN管组成的可控衰减器（这是效果比较好的方案，但不适和较低的频率）。
首先，尽量通过调整电路使不同频段幅值相差小一点，这样节能降低稳幅电路的要求。

原理图参考如下：

MF35_

楼上这种电路是无法达到稳幅的，只能改善幅度稳定性，其本质还是负反馈放大器，我们知道负反馈放大器是通过牺牲增益改善幅频特性，而不能把幅频特性变成一条直线，对于大信号放大少些，小信号放大多些，也就是说控制的是增益而不是幅度，由于信号形成了环路，所以无法达到完全稳幅。要达到完全稳幅，需要的负反馈系数是无限大，实际中是不可能的。

要达到完全幅度稳定的效果，应该使用电荷泵式自动幅度控制，这种电路的原理是采样电压不直接作为控制电压（或者控制电压函数的一个变量），而是与参考电压进行比较，用比较结果去驱动电荷泵充放电（比较结果只有1或0，1则电荷泵充电，0则放电），当采样电压等于参考电压时，输出到电荷泵的是方波（理论上如此），此时电荷泵保持一个的电压，这个电压再去控制振荡器或者可变增益放大器，此时控制电压与采样电压不成函数关系（采样电压只决定控制电压是增加还是减小），因此没有信号环路，可以把输出幅度稳定到恒定值，而且稳定速度和相位噪声等指标要优秀的多。

关于电荷泵可以参考PLL，只不过PLL比较的是相位，而稳幅电路是比较电压（是不是可以叫做ALL，锁幅环？）。

[ 本帖最后由 MF35_ 于 2009-11-10 15:47 编辑 ]

MF35_

原帖由 jingshanhou 于 2009-11-10 14:37 发表
稳压电源的稳幅是不是就是与参考电压进行比较，用比较结果去驱动的？

对的。但是稳压电源还是不能达到完全稳幅，因为输出电压和控制电压还是形成了环路，当输出电压被稳定的同时，控制电压同时也在抵消这个稳定。而用电荷泵就不同，电荷泵会把稳定时的控制电压保存住。虽然模拟控制的方式也可以通过添加延迟来保存控制电压，但效果不如电荷泵，所以稳压电源有调整率的问题。

电荷泵的好处在于只要采样电压比参考电压高，电荷泵就一直充电，直到采样电压等于参考电压，因此输出电压就始终被保持在某个值。而用模拟控制的话，采样电压和控制电压达到平衡后，采样电压并不一定等参考电压的，所以输出电压也就不是定值，只不过变化比没有稳幅时要好很多。

[ 本帖最后由 MF35_ 于 2009-11-10 15:41 编辑 ]

MF35_

原帖由 jingshanhou 于 2009-11-10 15:46 发表
是不是可以这么说，电荷泵的稳幅精度高的原因有两点
1，电荷泵的参考电压是完全独立于被控电路的，所以不受被控电路的波动的影响
2，电荷泵本身的稳定性是有保证的，精确度是很高的

如果上面两个说法成立的话， ...

1.电荷泵工作过程就是冲放电，比如采样电压高于参考电压时，比较器输出为1（电源电压），此时电荷泵充电，电荷泵上的电压增加中，这个电压控制输出幅度，使之减小，减小到采样电压刚小于参考电压时，电荷泵又放电，控制电压减小，另采样电压回升，这时电路达到平衡，比较器输出的是方波，占空比50％，电荷泵充电放电的时间间隔相同，因此上面的电压直流分量就是稳定值，控制电压也是稳定值。而此时比较起输出的方波频率取决于整个环路的时间常数。

电荷泵稳定精度高是因为控制电压大小与采样电压和参考电压没关系，因此稳定的时候采样电压刚好等于参考电压，而模拟稳幅的控制电压大小取决于参考电压和采样电压，稳定时采样电压并不等于参考电压。电荷泵稳幅平衡条件是由电荷泵的状态决定的（或者说由参考电压决定），而模拟稳幅平衡条件是由振荡器（或可变增益放大器）的状态决定。

2.电荷泵其实很简单，最简单就是一阶RC电路，只不过对电容要求高些，漏电要小，寄生电感要小。

你说的采样速率应该是时间常数吧，这个要根据信号频率来决定，时间常数大则短期稳定度好，但长期稳定度比较差，稳定时间比较长，反之亦然。采样精度取决于比较器精度和稳定性，一般使用回差比较器，可以避免振荡，不过回差电压会直接反映在输出幅度上，时间常数比较大的时候可以不用回差比较器，这个回差电压引起的时间延迟要算到整个环路的时间常数中。

[ 本帖最后由 MF35_ 于 2009-11-10 16:16 编辑 ]

MF35_

原帖由 jingshanhou 于 2009-11-10 16:16 发表
学习了。谢谢。

继续请教：

1，电荷泵工作过程就是冲放电过程，那么电荷泵冲放电过程本身是有波动的。那就意味着电荷泵本身的精度是否和这个波动有关系？
2，采样速率是RC常数，在采样本身是不连 ...

我都快晕了，建议去找个PLL的技术文档看看，里面对电荷泵这种技术有讲，以上的问题都可以得到答案，PLL控制VCO的部分就是 相位比较器＋电荷泵，你换成 电压比较器＋电荷泵就行，输出都是一样的东西，你还是先了解下吧，这些问题我都不知道从哪里说了，你的问题都是出于自己的理解，但问题你的理解是错误的，如果我用英语讲话，你用德语来回答我，我是听不懂的。

MF35_

原帖由 jingshanhou 于 2009-11-10 17:17 发表
俺以前看过，就是没看懂。里面有很多我没学过的理论计算和概念 。

谢谢您的耐心解答

开始不用看那些理论和概念，把原理搞清楚先，然后回头再看理论

qzlbwang

要稳幅就必须构成闭环，在环路中如果没有积分环节，那么就是有静差的，也就是说幅度总有变化，只是比原来偏差小多了就是了，要实现无静差就要在环路中加入积分环节

MF35_

原帖由 qzlbwang 于 2009-11-10 17:38 发表
要稳幅就必须构成闭环，在环路中如果没有积分环节，那么就是有静差的，也就是说幅度总有变化，只是比原来偏差小多了就是了，要实现无静差就要在环路中加入积分环节

其实电荷泵的原理就是积分电路

[ 本帖最后由 MF35_ 于 2009-11-10 17:53 编辑 ]

qzlbwang

原帖由 MF35_ 于 2009-11-10 17:52 发表


其实电荷泵的原理就是积分电路

对！但这不是唯一的方法，用运放也很容易实现积分运算

MF35_

原帖由 qzlbwang 于 2009-11-10 17:56 发表

对！但这不是唯一的方法，用运放也很容易实现积分运算

但精度要差很多，比较器＋电荷泵的好处是充电电压和放电电压是恒定的，而且稳定幅度是可控的，并且与环路参数无关，而只用模拟积分电路的话，稳定幅度取决于环路参数相关，不容易调试，而且积分元件参数变化（比如电容有温度系数）会影响输出幅度，所以现在的设计普遍是用电荷泵了。

其实稳幅电路里面这部分倒容易，关键是幅度检测电路比较难做到平坦，尤其是宽带的，要么就用集成电路，但这类芯片不容易买到，比如AD8361，但输入阻抗太低，接入电路麻烦。我做的DDS信号发生器最后采取的办法是预先校准，每个频率输出一定幅度所需要的幅度控制电压预先存储，输出频率的时候通过DA同时输出控制电压，可以做到非常平坦和精确，当然不可能频段内每个频点都校准到，而是每间隔一段频率设置一个校准值，间隔之间的频率采用插值运算。对于做数控信号源的可以采用这个方法。

qzlbwang

您说的难点在检测我非常赞同。但对于积分的说法还是觉得不妥：运放做积分运算应该是强项，至于积分参数的变化那只影响积分时间常数，对静差无影响的哦。这方面可以去查看自动控制原理方面的书。幅度可控嘛那也是不在话下，用积分本来就要做减法运算，只有当输出幅度严格和设定相等了输出才不会变，如果高于设定了（哪怕是很微小的一点点）就要做反向积分使输出幅度下降，反之如果低于设定就要正向积分，调节输出增大幅度。

JHXC

稳定信号发生器幅度的自动控制，实际上就是一种负反馈电路，与生活中洗脚水温度调节原理是类同的。这里提供几种专业信号发生器的自动电平控制电路，楼主理解之后不难自己设计一款适合自制的仪器。

JHXC

原帖由 MF35_ 于 2009-11-10 18:15 发表



但精度要差很多，比较器＋电荷泵的好处是充电电压和放电电压是恒定的，而且稳定幅度是可控的，并且与环路参数无关，而只用模拟积分电路的话，稳定幅度取决于环路参数相关，不容易调试，而且积分元件参数变化（ ...

不管采用哪种稳幅电路，总得要有取样电路、基准、处理电路和控制电路等，他们之间不可能不相关，相关就很自然的组成一个控制环路，自动控制没有环路是不能成立的，再说，不管是哪种电路，控制起来也是需要时间去完成的，仅仅是快慢不同而已，正如你所说，取样电路本身就是一个薄弱环节，因此，除非用软件的方式进行修正，才有可能获得更好的效果，对于批量生产，要想机器之间差异很小，势必单机校准修正值才能实现。你所说的方案比较传统的从理论上不可否认，但一般的业余爱好者要实现并不容易，常规稳幅电路可以满足大多数要求，直流电压可以达到很高的精确度，但交流电压就不行，高频电压那就更困难了，业余爱好者如果能够做出幅频特性的平坦度在百分之五之内那就很不错了。

[ 本帖最后由 JHXC 于 2009-11-10 20:00 编辑 ]