自动增益控制电路设计及原理

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：自动增益控制电路由模拟乘法器N4，运算放大器N3、N5B、N6及周围元件组成，如图3-7所示。模拟乘法器N4是自动增益控制电路的核心器件，在这里用于处理音频信号并控制其增益。所以，模拟乘法器N4放大的实质就是手动增益控制电路送来的音频信号，只是为了满足模拟乘法器N4的工作要求才给N4-9、N4-12端提供一个直流信号。电压跟随器N3B、二极管VD10～VD13、电容C15～C17、电阻R48～R52以及+15V电源，构成自动增益控制电平形成电路，如图3-10所示。

自动增益控制电路由模拟乘法器N4，运算放大器N3、N5B、N6及周围元件组成，如图3-7所示。

手动增益控制电路输出的音频信号，经电容C9～C12耦合到运算放大器N3A的同相输入端N3-3。为了满足模拟乘法器N4（MX1595L）对输入信号的要求，在N3A的同相输入端还要加入一个直流信号分量。这个直流信号分量由+15V电源经电阻R19～R22和电位器RP4分压后获得，约为3.5V，经电阻R18送到N3A的同相输入端N3-3与音频信号叠加，调整电位器RP4的抽头位置可以调整这个直流信号分量的大小。N3A构成电压跟随器，经N3A跟随放大后输出的（音频+直流）信号送到模拟乘法器N4的9脚，电阻R17用于改善共模运算误差。

模拟乘法器N4是自动增益控制电路的核心器件，在这里用于处理音频信号并控制其增益。模拟乘法器处理音频信号时，除N3A输出的（音频+直流）信号（uy1）从N4-9输入外，同时+15V电源经电阻R19～R22和电位器RP4分压后还要输入一个约为3.5V的直流电压到N4-12脚（uy2），N4-9、N4-12端输入的直流电压是为了满足模拟乘法器内部电路偏置需要。由于模拟乘法器N4内部电路的对称性，从N4-9、N4-12端输入的直流偏置电压应是相等的；增益控制信号则从N4-4（ux1）、N4-8（ux2）输入，经过模拟乘法器N4处理后的信号从N4-14端输出。输出信号uo与输入信号的关系是：

式中，K为比例常数，其值取决于集成电路N4及相关外接元件的参数。

从该式可以看出，模拟乘法器N4放大的是N4-9端输入的（音频+直流）信号与N4-12端输入的直流信号的差值，通过适当选择由+15V电源和电阻R19～R22、电位器RP4组成的分压电路中电位器RP4的抽头位置，可以使得N4-9、N4-12端的直流信号基本相等。所以，模拟乘法器N4放大的实质就是手动增益控制电路送来的音频信号，只是为了满足模拟乘法器N4的工作要求才给N4-9、N4-12端提供一个直流信号。

在集成电路N4及相关外接元件的参数确定后，增益的大小取决于N4-4、N4-8端输入的直流电压之差，只要控制N4-4、N4-8端输入的直流电压就能控制模拟乘法器N4的增益及其输出信号的幅度。

由于实际中很难做到N4-9、N4-12端的直流信号完全相等，模拟乘法器N4的内部电路也做不到绝对对称，N4-14端输出的信号中并不完全是音频信号，而是包含有一定的直流分量。这个残余的直流分量不是我们需要的信号，所以要经电容C14隔直后再将需要的音频信号送到运算放大器N5B的反相输入端N5-6。

N5B及周围元件构成差分放大器，在这里用作（音频+直流）电路，用于给模拟乘法器输出的音频信号再叠加一个直流分量。与加入电压跟随器N3A上的直流信号分量不同，这里叠加的直流分量与发射机的载波功率相关，由+15V电源和电阻R41～R44，电位器RP9、RP10组成的分压电路提供，从电位器RP9的抽头端引出，送到N5B的同相输入端N5-5，经N5B差分放大后输出一个（音频+直流）信号。这个（音频+直流）信号又分为3路：一路经电阻R37，为监测口XS4提供一个供监测用的输出信号，以及送往调幅度/音频指示板A10的X1-5、6端，用于监测音频信号电平；一路经电阻R38，与来自功率控制电路的信号一起送往调宽脉冲信号形成电路；还有一路送往由N6A、N6B及周围元件构成的窗口比较器。

窗口比较器的电路如图3-8所示。

图3-8　窗口比较器电路

窗口比较器在这里用于判断经模拟乘法器N4处理后输出的音频信号幅度是否过大。窗口比较器的门限电平由+15V电源和电阻R39、R40及电位器RP7、RP8组成的分压电路提供，上限电平约为8V，下限电平约为5V。在静态时，N5B没有音频信号输出，送到N6-5/6端的直流电平约为6.5V，N6-1/2端输出高电平；当音频信号幅度不大时，送往N6-5/6端的（音频+直流）信号在门限之内，N6-1/2端仍输出高电平；当信号幅度过大时，（音频+直流）信号的正、负峰将超出门限，N6-1/2端输出低电平。如图3-9所示。

图3-9　窗口比较器输出电平与音频信号幅度的关系

一旦模拟乘法器N4输出的音频信号幅度超限，就需要降低模拟乘法器的增益，以免产生过调制。从N4-4（ux1）、N4-8（ux2）输入的增益控制信号，除由+15V电源和电阻R27～R32及电位器RP6组成的分压电路产生外，还受电压跟随器N3B输出电平的控制。

电压跟随器N3B、二极管VD10～VD13、电容C15～C17、电阻R48～R52以及+15V电源，构成自动增益控制电平形成电路，如图3-10所示。

图3-10　自动增益控制电平形成电路

当送到窗口比较器N6-5/6端的（音频+直流）信号在正常范围时，窗口比较器输出高电平，二极管VD10～VD13截止，+15V电源经电阻R49、R50、R51给电容C15～C17充电，充电后电容C15上的电压保持高电平，使得电压跟随器N3B也输出一个高电平。N3B的输出送到稳压管VD8的负极，稳压管VD8的稳压值为3.3V。二极管VD7是高速开关二极管（硅管），正向压降约为0.7V。N3B输出的高电平经稳压管VD8、二极管VD7降压后送到模拟乘法器N4-8端。实测此时N4-8端的电压约为4.8V，N4-4端的电压约为2.7V。此时模拟乘法器N4维持一个稳定的增益。

如果音频信号幅度突然增大，导致送到窗口比较器N6-5/6端的（音频+直流）信号超过门限电平，窗口比较器将输出一个低电平，由于电容C15、C16充电后都是高电平，二极管VD10～VD13导通。此时电容C15、C16通过二极管VD10～VD13迅速放电，电容C15上的电压降低，使得电压跟随器N3B的输出电压也随之降低，N4-8端的电压迅速下降。当电压跟随器N3B的输出电压降低到一定程度时，二极管VD7将截止。对于模拟乘法器N4的4、8两端来说，N4的内部电路是对称的。可以看出，由+15V电源和电阻R27～R32及电位器RP6组成的分压电路也是一个对称电路，在不考虑N3B输出电压的作用时，当电位器RP6的抽头调到中心位置，由+15V电源和电阻R27～R32及电位器RP6组成的分压电路提供给N4的4、8两端的电压也基本相同，约为2.7V。如果二极管VD7处于截止状态，N4的4、8两端的电压基本相同时，从式（3-3）可以看出，由于ux2-ux1的值接近零，模拟乘法器N4的增益及输出的音频信号也将迅速降低，使得送到窗口比较器的（音频+直流）信号重新回落到门限电平以内，窗口比较器再次输出高电平。此时二极管VD10～VD13重新回到截止状态，+15V电源再次经电阻R49、R50、R51给电容C15～C17充电，电容C15上的电压逐步升高，电压跟随器N3B的输出电压也逐步升高。这个电压高到一定值时，二极管VD7再次转为导通状态，N4-8端的电压随之上升，模拟乘法器N4的增益随之增大，直到恢复正常状态。从上面的分析可知，这个增益控制过程是随着音频信号的变化自动实现的，在这个自动控制过程的作用下，送到窗口比较器N6-5/6端的（音频+直流）信号电压值将控制在窗口比较器的上、下门限电平之内，如图3-11所示。

图3-11　自动增益控制下窗口比较器的输入信号

运算放大器N6C、N6D及周围元件构成音频超限指示电路，如图3-12所示。

图3-12　音频超限指示电路

N6C、N6D在这里并联用作比较器，+15V电源经电阻R46、R47分压后给N6C、N6D的同相端提供一个基准电压，电压跟随器N3B的输出电压在送往稳压管VD8的同时也送到N6C、N6D的反相端。当音频信号幅度过大，使得送到窗口比较器的（音频+直流）信号超过门限电压时，随着电容C15的放电过程，N3B的输出电压随之下降。当N3B的输出电压低于N6C、N6D同相端的基准电压时，N6C、N6D输出一个高电平，音频超限指示灯VD9被点亮。正常情况下，N3B的输出电压高于N6C、N6D同相端的基准电压，N6C、N6D输出一个低电平，音频超限指示灯VD9熄灭。

自动增益控制电路设计及原理

相关推荐