張忠偉
(作者單位:安陽(yáng)市中波轉(zhuǎn)播臺(tái))
反饋控制電路的工作原理
張忠偉
(作者單位:安陽(yáng)市中波轉(zhuǎn)播臺(tái))
反饋控制是電子技術(shù)中一種非常重要的技術(shù)。其基本原理是先從電路的輸出端取出一部分信號(hào)(取樣信號(hào)),再對(duì)取樣信號(hào)進(jìn)行比較分析來(lái)判斷電路的輸出信號(hào)是否正常,若不正常,就會(huì)產(chǎn)生控制電壓去改變電路的工作狀態(tài),使電路輸出信號(hào)正常。
反饋控制電路;工作原理;電路輸出
最近剛就業(yè)的同事,向筆者請(qǐng)教了一些復(fù)雜控制電路工作原理。其實(shí)這些電路他們?cè)诖髮W(xué)里都學(xué)過(guò),筆者認(rèn)為,他們之所以沒(méi)有領(lǐng)會(huì)原因有二:其一,專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)理論不扎實(shí);其二,大學(xué)里的課程重視復(fù)雜的理論推導(dǎo),公式計(jì)算,這對(duì)于專(zhuān)業(yè)功底較弱的學(xué)生來(lái)說(shuō)較為吃力。
常用的反饋控制電路有很多類(lèi),根據(jù)筆者十幾年的工作經(jīng)驗(yàn),在這里分兩章介紹兩種電路,自動(dòng)增益控制電路(AGC)和鎖相環(huán)控制電路(PCC)將這兩種控制電路工作原理用通俗簡(jiǎn)明語(yǔ)言寫(xiě)下來(lái),希望能給同行或大中專(zhuān)院校的學(xué)生們有所幫助。
1.1功能
自動(dòng)增值控制電路簡(jiǎn)稱(chēng)AGC電路,其功能是根據(jù)電路輸出信號(hào)幅度的大小來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)電路的增益。當(dāng)輸出信號(hào)幅度大時(shí),將電路的增益調(diào)小,使電路輸出信號(hào)幅度變小;當(dāng)輸出信號(hào)幅度小時(shí),提高電路的增益,使電路輸出信號(hào)幅度變大。
1.2三極管/電流與放大能力的關(guān)系
AGC電路一般是通過(guò)控制三極管的IC電流大小來(lái)改變電路的增益。三極管IC電流與放大能力的關(guān)系可用圖1所示的曲線表示。
從圖1的曲線中可以看出,當(dāng)三極管的IC=I0時(shí)(B點(diǎn)),放大倍數(shù)越小。
圖1 三極管IC電流與放大能力的關(guān)系曲線
將三極管的IC電流設(shè)在AB段范圍內(nèi)的AGC電路設(shè)為反向AGC電路。反向AGC是通過(guò)增大IC電流來(lái)提高電路增益,通過(guò)減小IC電流來(lái)降低電路增益。反向AGC電路一般將IC電流大小設(shè)在B1點(diǎn)(較B點(diǎn)?。?。調(diào)幅收音機(jī)一般采用反向AGC電路。
將三極管的IC電流設(shè)在BC段范圍內(nèi)的AGC電路稱(chēng)為正向AGC電路,正向AGC電路是通過(guò)減小IC電流來(lái)提高電路增益,通過(guò)增大IC電流來(lái)降低電路增益。正向AGC電路一般將IC電流大小設(shè)在B2點(diǎn)(較B點(diǎn)大)。電視機(jī)一般采用正向AGC電路。
1.3AGC電路分析
圖2是一種AGC電路,R7、VD、C2、R2構(gòu)成AGC電路,用來(lái)控制VT1的增益,VT1的IC電流設(shè)置較小,故電路屬于反向AGC電路。
圖2 一種AGC電路
輸入信號(hào)U1經(jīng)C1送到三極管VT1基極,放大后從集電極輸出,再由VT2進(jìn)一步放大,然后從集電極輸出,VT2輸出信號(hào)U0分作兩路:一路去后級(jí)電路,另一路送給AGC電路。當(dāng)輸出信號(hào)U0為正半周時(shí),二極管VD不能導(dǎo)通;當(dāng)U0為負(fù)半周時(shí),VD導(dǎo)通,U0電壓經(jīng)R7、VD對(duì)C2充電,在C2上充得上負(fù)下正的電壓,C2上負(fù)電壓經(jīng)R2送到VT1的基極,與VT1原有的基極電壓(由電源經(jīng)R1提供)疊加,VT1基極電壓略有降低。AGC過(guò)程:若輸入信號(hào)U1幅度很大,該信號(hào)經(jīng)VT1、VT2放大后,從VT2集電極輸出的U0信號(hào)幅度也增大(與正常幅度比較),U0信號(hào)的負(fù)半周幅度也增大,U0信號(hào)經(jīng)R7、VD對(duì)C2充得的上負(fù)下正電壓很高,即C2上負(fù)電壓很低,C2很低的上負(fù)電壓通過(guò)R2使VT1基極電壓下降很多,VT1的Ib減小,IC也減小,由于VT1工作在反向AGC狀態(tài),IC電流減小,VT1放大能力下降,VT1輸出信號(hào)幅度減小,VT2輸出信號(hào)U0也減小,U0信號(hào)回到正常的幅度。也就是說(shuō),當(dāng)輸出信號(hào)增大導(dǎo)致輸出信號(hào)幅度增大時(shí),AGC電路自動(dòng)減小放大電路的增益。將輸出信號(hào)幅度調(diào)回到正常值。
當(dāng)輸入信號(hào)減小時(shí),輸出信號(hào)幅度會(huì)隨之減小,AGC電路會(huì)自動(dòng)增大放大電路的增益,具體過(guò)程可自行分析。
2.1功能
鎖相環(huán)控制電路簡(jiǎn)稱(chēng)PLL電路,又稱(chēng)自動(dòng)相位控制電路(APC電路),其功能是將振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行相位比較,若兩信號(hào)相位差不多符合要求,則會(huì)產(chǎn)生控制電壓去控制振蕩器,使振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)相位超前或滯后,直到兩信號(hào)相位差符合要求。
2.2工作原理
PLL電路主要由相位比較器、低通濾波器和壓控振蕩器組成。PLL電路組成件圖3。電路工作原理如下。
壓控振蕩器產(chǎn)生頻率為F的信號(hào),該信號(hào)一路作為比較信號(hào)送到相位比較器,另一路作為輸出信號(hào)提供給其他電路。在相位比較器中,振蕩器送來(lái)的比較信號(hào)F與基準(zhǔn)電路送來(lái)的基準(zhǔn)信號(hào)F0進(jìn)行相位比較,比較結(jié)果產(chǎn)生誤差信號(hào),誤差信號(hào)再經(jīng)低通濾波器濾波平滑后形成控制電壓U,去調(diào)節(jié)壓控振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)相位。
若振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)(比較信號(hào))相位與基準(zhǔn)信號(hào)相同,如圖4(a)所示,相位比較器產(chǎn)生的誤差信號(hào)經(jīng)低通濾波后形成的控制電壓U=0V,即不控制振蕩器,振蕩器輸出信號(hào)相位不變。
若振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)相位超前基準(zhǔn)信號(hào),如圖4(b)所示,相位比較器產(chǎn)生的誤差信號(hào)經(jīng)低通濾波后產(chǎn)生的控制電壓U<0V,該電壓控制振蕩器,使振蕩器輸出信號(hào)相位后移,以便與基準(zhǔn)信號(hào)同相。
若振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)相位滯后基準(zhǔn)信號(hào),如圖4(C)所示,相位比較器產(chǎn)生誤差信號(hào)經(jīng)低通濾波后產(chǎn)生的控制電壓U>0V,該電壓控制振蕩器,使振蕩器輸出信號(hào)相位前移,以便與基準(zhǔn)信號(hào)同相。
圖3 PLL電路組成
圖4 基準(zhǔn)信號(hào)與比較信號(hào)的三種相位比較情況
PLL電路與AFC電路的控制對(duì)象都是振蕩器,AFC電路以控制振蕩器頻率為目的,而PLL電路以控制振蕩器信號(hào)相位為目的,實(shí)際上PLL電路控制穩(wěn)定后,比較信號(hào)不但相位與基準(zhǔn)信號(hào)保持同步,兩者頻率也相同,所以PLL電路是一種精度更高的控制電路。
AFC電路就像是指揮兩支行進(jìn)隊(duì)伍的指揮官,它只要求兩支隊(duì)伍行進(jìn)速度相同,而不管哪支隊(duì)伍在前或在后;PLL電路也像是指揮兩支行進(jìn)隊(duì)伍的指揮員,但它除了要求兩支隊(duì)伍行進(jìn)速度形同外,還要求兩支隊(duì)伍人員并排前行(或者始終保持一定的距離前行),如果一支隊(duì)伍超前,則要求該隊(duì)伍減慢行進(jìn)速度,當(dāng)兩支隊(duì)伍同步后,如果一直保持同速行進(jìn),就會(huì)一直保持同步同速。
筆者發(fā)現(xiàn),理論知識(shí)扎實(shí)的同學(xué),在工作崗位上,專(zhuān)業(yè)學(xué)術(shù)方面,業(yè)務(wù)能力非常強(qiáng),工作起來(lái)得心應(yīng)手,非常輕松,而理論知識(shí)比較差的同事,工作上非常吃力,壓力很大,所以筆者認(rèn)為基礎(chǔ)理論非常重要,要從基礎(chǔ)學(xué)起,重點(diǎn)在于概念的理解,根據(jù)十幾年的工作經(jīng)驗(yàn)寫(xiě)了兩個(gè)反饋控制電路工作原理,筆者覺(jué)得相對(duì)來(lái)說(shuō)還計(jì)較簡(jiǎn)單(省略了復(fù)雜的公式推導(dǎo)計(jì)算,重視概念解釋?zhuān)?,希望能給同行及大中專(zhuān)院校的學(xué)生們提供幫助。