1934_接收機增益自動控制電路的設計,接收機,增益,自動控制,電路,設計 黃河科技學院畢業(yè)設計（文獻綜述） 第 1 頁1接收機自動增益控制電路的設計摘要：自動增益控制電路已廣泛用于各種接收機、錄音機和信號采集系統(tǒng)中，另外在光纖通信、微波通信、衛(wèi)星通信等通信系統(tǒng)以及雷達、廣播電視系統(tǒng)中也得到了廣泛的應用。本課題主要研究應用于無線接收機的前級電壓放大，因此設計的電路需容納的頻帶范圍應較寬，以至于使語音信號通過。由于信號的脈沖寬度是 0.3 微秒，重復頻率 1.875 千赫茲，幅度波動范圍是 1.5-3.0 伏，電路應該實現(xiàn)增益的閉環(huán)調節(jié)，通過此電路可以實現(xiàn)增益的自動調整，以至于使視頻信號強時自動減小放大器的倍數(shù)，信號弱時自動增大放大器的倍數(shù)，從而實現(xiàn)信號的自動調節(jié)。本課題介紹了自動增益控制的概念原理以及對自動增益控制放大器各部分的工作原理，最后對系統(tǒng)的測試結果以及設計與實現(xiàn)中應該注意的問題也做了詳細分析。關鍵詞： 放大器；自動增益控制； 電壓跟隨器； 濾波器黃河科技學院畢業(yè)設計（文獻綜述） 第 2 頁2緒 論隨著微電子技術、計算機網絡技術和通信技術等行業(yè)的迅速發(fā)展，自動增益控制電路越來越被人們熟知并且廣泛的應用到各個領域當中。自動增益控制線路，簡稱 AGC 線路，A 是 AUTO（自動），G 是 GAIN（增益），C 是CONTROL（控制）。它是輸出限幅裝置的一種，是利用線性放大和壓縮放大的有效組合對輸出信號進行調整。當輸入信號較弱時，線性放大電路工作，保證輸出聲信號的強度；當輸入信號強度達到一定程度時，啟動壓縮放大線路，使聲輸出幅度降低，滿足了對輸入信號進行衰減的需要。也就是說，AGC 功能可以通過改變輸入輸出壓縮比例自動控制增益的幅度，擴大了接收機的接收范圍，它能夠在輸入信號幅度變化很大的情況下，使輸出信號幅度保持恒定或僅在較小范圍內變化，不至于因為輸入信號太小而無法正常工作，也不至于因為輸入信號太大而使接收機發(fā)生飽和或堵塞。在電路設計中，這種線路被大量的運用，從尖端的雷達技術到日常的廣播電視系統(tǒng)，自動增益控制無疑很好的解決了各種技術中存在的信號強度問題。目前，實現(xiàn)自動增益控制的手段有很多，在本文中，主要研究的是如何以放大器來實現(xiàn)自動增益控制的目的，也就是自動增益控制放大器。1 自動增益控制1.1 自動增益控制電路（AGC）存在的意義接收機的輸出電平取決于輸入信號電平以及接收機的增益。而在實際接收過程中，因各種原因會導致接收到的信號電平發(fā)生很大波動（弱的幾微伏，強的幾百毫伏）。1.如果接收機增益↓→強信號能正常接收，而弱信號將接收不到，造成信號的丟失。 2.如果接收機的增益↑→弱信號能正常接收，而強信號有可能使接收機過載而導致阻塞。 因此，人們期望接收機的增益隨輸入信號的強弱而變化，即輸入信號弱時，接收機增益升高；輸入信號強時，接收機增益減小，以補償輸入信號強弱的影響，達到減小輸出信號電平變化的目的。1.2 自動增益控制的基本概念黃河科技學院畢業(yè)設計（文獻綜述） 第 3 頁3接收機的輸出電平取決于輸入信號電平和接收機的增益。由于各種原因，接收機的輸入信號變化范圍往往很大，信號弱時可以是一微伏或幾十微伏，信號強時可達幾百毫伏，最強信號和最弱信號相差可達幾十分貝。這個變化范圍稱為接收機的動態(tài)范圍。影響接收機輸入信號的因素很多，例如：發(fā)射臺功率的大小、接收機離發(fā)射臺距離的遠近、信號在傳播過程中傳播條件的變化(如電離層和對流層的騷動、天氣的變化)、接收機環(huán)境的變化(如汽車上配備的接收機)，以及人為產生的噪聲對接收機的影響等。為了防止強信號引起的過載，需要增大接收機的動態(tài)范圍，這就要有增益控制電路。能夠使放大電路的增益自動地隨信號強度而調整的控制電路，簡稱自動增益控制 AGC (Automatic Gain Control)電路，它能夠在輸入信號幅度變化很大的情況下，使輸出信號幅度保持恒定或僅在較小范圍內變化，不至于因為輸入信號太小而無法正常工作，也不至于因為輸入信號太大而使接收機發(fā)生飽和或堵塞。常用來使系統(tǒng)的輸出電平保持在一定范圍之內，因而也可以稱為自動電平控制。當前，該電路已廣泛用于各種接收機、錄音機和信號采集系統(tǒng)中，另外在光纖通信、微波通信、衛(wèi)星通信等通信系統(tǒng)以及雷達、廣播電視系統(tǒng)中也得到了廣泛的應用。AGC 電路目前概括起來有模擬 AGC 和數(shù)字 AGC 電路。AGC 環(huán)路可以放在模擬與數(shù)字電路之間，增益控制算法在數(shù)字部分來實現(xiàn)，合適的增益設置反饋給模擬可變增益放大器（VGA）?，F(xiàn)在出現(xiàn)的自動增益控制方法可以分為以下 3 類：基于電路反饋的自動增益控制；基于光路反饋的自動增益控制；光路反饋和電路反饋相結合的自動增益控制。本文中要研究的是基于電路反饋的利用放大器實現(xiàn)的自動增益控制。1.3 自動增益控制的原理自動增益控制電路組成框圖如圖 1.1 所示（1）可控增益放大器——用于放大輸入信號 ui，其增益大小取決于控制電壓 UC。（2）振幅檢波器、直流放大器和比較器共同構成反饋控制器—— 可控增益放大器的輸出交變信號→振幅檢波器變成直流信號→經直流放大器放大輸出→在比較器中與參考電平 UR 比較產生直流控制電壓 UC→用于控制可控增益放大器的增益。黃河科技學院畢業(yè)設計（文獻綜述） 第 4 頁4ui反饋控制器 UC比較器 直流放大器振幅檢波器可控增益放大器AuURuo圖 1.1 自動增益控制電路組成框圖工作原理——當輸入 ui 幅度增加而使輸出 uo 幅度增加時→通過反饋控制器產生的控制電壓 UC→就會使 Au 減??；反之依然。這樣，通過環(huán)路的反饋控制作用，可使輸入信號 ui 幅度增大或減小時，輸出信號 uo 幅度基本保持恒定或在一個很小的范圍內變化，從而實現(xiàn)自動增益控制的目的。自動增益控制電路的作用是：當輸入信號電壓變化很大時，保持接收機輸出電壓恒定或基本不變。具體地說，當輸入信號很弱時，接收機的增益大，自動增益控制電路不起作用；當輸入信號很強時，自動增益控制電路進行控制，使接收機的增益減小。這樣，當接收信號強度變化時，接收機的輸出端的電壓或功率基本不變或保持恒定。因此對 AGC 電路的要求是：在輸入信號較小時，AGC 電路不起作用，只有當輸入信號增大到一定程度后，AGC 電路才起控制作用，使增益隨輸入信號的增大而減少。 為實現(xiàn)上述要求，必須有一個能隨外來信號強弱而變化的控制電壓或電流信號，利用這個信號對放大器的增益自動進行控制。由上述分析可知，調幅中頻信號經幅度檢波后，在它的輸出中除音頻信號外，還含有直流分量。直流分量大小與中頻載波的振幅成正比，也即與外來高頻信號成正比。因此，可將檢波器輸出的直流分量作為 AGC 控制信號。AGC 電路工作原理：可以分為增益受控放大電路和控制電壓形成電路。增益受控放大電路位于正向放大通路，其增益隨控制電壓 U0而改變?？刂齐妷盒吸S河科技學院畢業(yè)設計（文獻綜述） 第 5 頁5成電路的基本部件是 AGC 整流器和低通平滑濾波器，有時也包含門電路和直流放大器等部件。1.4 自動增益控制放大器目前,實現(xiàn)自動增益控制的手段很多,典型的有壓控放大器,也就是本文所要研究的自動增益控制放大器。它是通過調整放大器一個控制端的電壓,就可以實現(xiàn)調節(jié)這個放大器的增益。因此,我們就可以通過反饋電路采集輸出端的電壓,通過調整網絡后(調整網絡的功能就是規(guī)定的調整策略)加到放大器的控制端.就可以實現(xiàn)自動增益控制。1.5 本課題的研究內容本文設計的電路主要是應用于視頻放大的前級電壓放大，因此設計的電路需容納的頻帶范圍應較寬，以至于使語音信號通過。由于由于信號的脈沖寬度是 0.3 微秒，重復頻率 1.875 千赫茲，幅度波動范圍是 1.5-3.0 伏，之間，并且電路應該實現(xiàn)增益的閉環(huán)調節(jié)，通過此電路可以實現(xiàn)增益的自動調整，以至于使視頻信號強時自動減小放大器的倍數(shù)，信號弱時自動增大放大器的倍數(shù)，從而實現(xiàn)音量的自動調節(jié)。黃河科技學院畢業(yè)設計（文獻綜述） 第 6 頁62 自動增益控制放大器的電路設計2.1 電路原理圖圖 2.1 自動增益控制電路圖圖 2.1 中，電輸入信號由 J4 或者是聲音信號由 MK1 進入經電容 C12 濾波濾掉直流信號得到交流信號后送往運放 JP2 的同相輸入端 8 腳，經過運算放大器的作用得到一個輸出信號，即可達到一個自動增益控制電路。2.2 電路元器件選擇2.2.1 運算放大器人們用的最熟悉和用得最多的音頻處理電路就是普通的運算放大器。一般可將運放簡單地視為：具有一個信號輸出端口（Out）和同相、反相兩個高阻抗輸入端的高增益直接耦合電壓放大單元，因此可采用運放制作同相、反相及差分放大器。運算放大器是用途廣泛的器件，接入適當?shù)姆答伨W絡，可用作精密的交流和直流放大器、有源濾波器、振蕩器及電壓比較器。 黃河科技學院畢業(yè)設計（文獻綜述） 第 7 頁7運放的供電方式一般采用雙電源供電，其輸出可在零電壓兩側變化，在差動輸入電壓為零時輸出也可置零。當然，在需要時也可采用單電源供電方式。 圖 2.2 運算放大器電路符號如果以電路符號來表示運算放大器，則如圖 2.2 所示，可表示為三角形。它的兩個輸入部分分別叫做非倒相輸入(1N＋)和倒相輸入(IN－)。它以極大的放大率將倒相輸入端與非倒相輸人端之間的電壓放大，然后從輸出端(OUT)輸出。在實訓中，運算放大器采用 MAX9814。MAX9814 是一款低成本、高性能麥克風放大器，具有自動增益控制(AGC)和低噪聲麥克風偏置。器件具有低噪聲前端放大器、可變增益放大器(VGA)、輸出放大器、麥克風偏置電壓發(fā)生器和 AGC 控制電路。低噪聲前置放大器具有 12dB 固定增益；VGA 增益根據輸出電壓和 AGC 門限在 20dB 至 0dB 間自動調節(jié)。輸出放大器提供可選擇的 8dB、18dB 和 28dB 增益。在未壓縮的情況下，放大器的級聯(lián)增益為 40dB、50dB 或 60dB。輸出放大器增益由一個三態(tài)數(shù)字輸入編程。AGC 門限由一個外部電阻分壓器控制，動作/釋放時間由單個電容編程。動作/釋放時間比由一個三態(tài)數(shù)字輸入設置。AGC 保持時間固定為 30ms。低噪聲麥克風偏置電壓發(fā)生器可為絕大部分駐極體麥克風提供偏置。MAX9814 提供節(jié)省空間的 14 引腳 TDFN 封裝。該器件額定工作于-40°C 至+85°C 擴展級溫度范圍。MAX9814 的內部結構圖如圖 2.3 所示，接腳圖如圖 2.4 所示，電路接法如圖 2.5（a）、(b)所示：黃河科技學院畢業(yè)設計（文獻綜述） 第 8 頁8圖 2.3 MAX9814 的內部結構圖MAX9814 的特 性 ：(a). 自動增益控制(AGC)(b). 3 種增益設置(40dB、50dB、60dB) (c). 可編程動作時間(d). 可編程動作和釋放時間比(e). 2.7V 至 5.5V 電源電壓范圍(f). 低輸入噪聲密度 30nV/ (g). 低 THD：0.04% (典型值)(h). 低功耗關斷模式 (i). 內置 2V 低噪聲麥克風偏置 (j). 提供節(jié)省空間的 14 引腳 TDFN (3mm x 3mm)封裝(k). -40°C 至+85°C 擴展級溫度范圍黃河科技學院畢業(yè)設計（文獻綜述） 第 9 頁9圖 2.4 MAX9814 的接腳圖 2.5 MAX9814 的電路接法2.2.2 可 變 電 阻 器阻 值 可 以 調 整 的 電 阻 器 ， 用 于 需 要 調 節(jié) 電 路 電 流 或 需 要 改 變 電 路 阻 值的 場 合 。 可 變 電 阻 器 可 以 改 變 信 號 發(fā) 生 器 的 特 性 ， 使 燈 光 變 暗 ， 啟 動 電 動 機或 控 制 它 的 轉 速 。 根 據 用 途 的 不 同 ， 可 變 電 阻 器 的 電 阻 材 料 可 以 是 金 屬 絲 、黃河科技學院畢業(yè)設計（文獻綜述） 第 10 頁10金 屬 片 、 碳 膜 或 導 電 液 。 對 于 一 般 大 小 的 電 流 ， 常 用 金 屬 型 的 可 變 電 阻 器 。在 電 流 很 小 的 情 況 下 ， 則 使 用 碳 膜 型 。 當 電 流 很 大 時 ， 電 解 型 最 合 用 ； 這 種可 變 電 阻 器 的 電 極 都 浸 在 導 電 液 中 。 電 勢 計 是 可 變 電 阻 器 的 特 殊 形 式 ， 它 使未 知 電 壓 或 未 知 電 勢 相 平 衡 ， 從 而 測 出 未 知 電 壓 或 未 知 電 勢 差 的 大 小 。 更 為常 用 的 電 勢 器 只 不 過 是 一 個 有 兩 個 固 定 接 頭 的 電 阻 器 ， 第 三 個 接 頭 連 到 一 個可 調 的 電 刷 上 。 電 位 器 的 另 一 個 用 途 是 再 音 響 設 備 中 用 作 音 響 控 制 ?？?變 電 阻 器 最 大 阻 值 的 讀 取 ：通 常 我 們 看 到 可 變 電 阻 器 上 的 阻 值 標 稱 有 w503， w204， w102 等 等 ， 它們 是 什 么 意 思 呢 ？ w503 就 是 說 這 個 可 變 電 阻 器 的 阻 值 范 圍 是0Ω ~~50KΩ ， 503 是 50×10「 3」 Ω ═ 50KΩ ， 符 號 “「 n」 ”內 的 值 表 示n 次 方 。 同 理 w102 就 是 1KΩ ， w204 就 是 200KΩ 。在 實 訓 中 ， 用 到 焊接式可變電阻其外形圖如圖 2.6 所示：圖 2.6 焊接式可變電阻的外形圖2.2.3 電解電容電 解 電 容 是 電 容 的 一 種 ， 介 質 有 電 解 液 ， 涂 層 有 極 性 ， 分 正 負 ， 不 可接 錯 。 電 容 (Electric capacity)， 由 兩 個 金 屬 極 ， 中 間 夾 有 絕 緣 材 料 （ 介質 ） 構 成 。 其 內 部 結 構 如 圖 2.7 所 示 ：黃河科技學院畢業(yè)設計（文獻綜述） 第 11 頁11圖 2.7 電 解 電 容 的 內 部 結 構 圖電解電容的原理：電 解 電 容 器 通 常 是 由 金 屬 箔 （ 鋁 /鉭 ） 作 為 正 電 極 ， 金 屬 箔 的 絕 緣 氧 化層 （ 氧 化 鋁 /鉭 五 氧 化 物 ） 作 為 電 介 質 ， 電 解 電 容 器 以 其 正 電 極 的 不 同 分 為鋁 電 解 電 容 器 和 鉭 電 解 電 容 器 。 鋁 電 解 電 容 器 的 負 電 極 由 浸 過 電 解 質 液 （ 液態(tài) 電 解 質 ） 的 薄 紙 /薄 膜 或 電 解 質 聚 合 物 構 成 ； 鉭 電 解 電 容 器 的 負 電 極 通 常采 用 二 氧 化 錳 。 由 于 均 以 電 解 質 作 為 負 電 極 （ 注 意 和 電 介 質 區(qū) 分 ） ， 電 解 電容 器 因 而 得 名 。電 解 電 容 的 特 點 :電 解 電 容 器 特 點 一 ： 單 位 體 積 的 電 容 量 非 常 大 ， 比 其 它 種 類 的 電 容 大幾 十 到 數(shù) 百 倍 。 電 解 電 容 器 特 點 二 ： 額 定 的 容 量 可 以 做 到 非 常 大 ， 可 以 輕 易 做 到 幾 萬μ f 甚 至 幾 f（ 但 不 能 和 雙 電 層 電 容 比 ） 。 電 解 電 容 器 特 點 三 ： 價 格 比 其 它 種 類 具 有 壓 倒 性 優(yōu) 勢 ， 因 為 電 解 電 容的 組 成 材 料 都 是 普 通 的 工 業(yè) 材 料 ， 比 如 鋁 等 等 。 制 造 電 解 電 容 的 設 備 也 都 是普 通 的 工 業(yè) 設 備 ， 可 以 大 規(guī) 模 生 產 ， 成 本 相 對 比 較 低 。3 主放大器基本原理黃河科技學院畢業(yè)設計（文獻綜述） 第 12 頁12主放大器用來將“前中”輸出的全部中頻回波信號進行足夠的放大，再經檢波、視放后，送到距離顯示器和環(huán)視顯示器以供觀察和測距；經中放選通級選擇的中頻回波信號，也經檢波、視放后送到天線控制系統(tǒng)，以保證天線對選定的目標進行角度自動跟蹤。3.1 組成901 組合由公共中放（四級） 、跟蹤支路、距離支路（兩支路均包括兩級中放、一級檢波、兩級視放，不同的是跟蹤支路中放第一級是選通級）和增益控制電路組成。3.2 簡要工作過程“前中”輸出的中頻信號，經四級公共柵極調諧放大器（G1234）放大后分兩路輸出，一路送到距離支路再經兩級中放(G11、G12)，一級檢波（G13）,輸出正視頻脈沖，再經兩級視放（G14、G15）送到 902 組合，經波段轉換繼電器 J2-8 送到兩波段公用視放（G2-18）,最后輸出負視頻脈沖，送到距離顯示器（903 組合）和環(huán)視顯示器（911 組合） ；另一路送到跟蹤支路，經中放選通級（G6）選出所需的回波并加以放大，再經一級中放（G8） ，一級檢波（G7）輸出負視頻脈沖，再經兩級視放（G8、G9）后又分兩路，一路送到天線控制系統(tǒng)的自動跟蹤（906）組合，以保證天線對選定目標進行自動跟蹤；另一路送到增益控制 G3、G4 兩級。3.3 晶體電流濾波電路“1、2 波段”晶體電流濾波電路相同，均由濾波器 LB1、LB2 組成。它的作用是取直流分量作為晶體電流指示。在 907 和 928 組合中也有晶體電流濾波器，作用相同。3.4 燈絲電源濾波電路“1、2 波段”燈絲電源濾波電路相同，均由 L6、7、8、9 和C4、9、13、18 組成。它的作用是保證各電子管燈絲電流的穩(wěn)定，從而使放大黃河科技學院畢業(yè)設計（文獻綜述） 第 13 頁13器工作穩(wěn)定。3.5 主放大器（901、902 組合）901、902 組合分別為“1、2 波段”主放大器組合。它們均裝在主控臺左后方。兩組合在結構和原理上基本相同，現(xiàn)以“1 波段”為例進行討論。3.5.1 用途在放大器用來將“前中”輸出的全部中頻回波信號進行足夠的放大，再經檢波、視放后送到距離顯示器以供觀察和測距；經中放選通級選擇的中頻回波信號，也經檢波、視放后送到天線控制系統(tǒng)，以保證天線對選定的目標進行角度自動跟蹤。3.5.2 組成901 組合由公共中放（四級） 、跟蹤支路、距離支路（兩支路均包括兩級中放、一級檢波、兩級視放，不同的是跟蹤支路中放第一級是選通級）和增益控制電路組成。3.5.3 簡要工作過程“前中”輸出的中頻信號，經四級公共柵極調諧放大器（G1、2、3、4）放大后分兩路輸出，一路送到距離支路再經兩級中放（G11、12） ，一級檢波（G18）,輸出正視頻脈沖，再經兩級視放（G14、15）送到 902 組合，經波段轉換繼電器 J2-8 送到兩波段公用視放（G2-18）,再輸出負視頻脈沖，送到距離顯示器（903 組合）和環(huán)視顯示器（911 組合） ；另一路送到視頻支路，經中放選通級（G5）選出所需的回波并加以放大，再經一級中放（G6） ，一級檢波（G7）輸出負視頻脈沖，再經兩級視放（G8、G9）后又分兩路，一路送到天線控制系統(tǒng)的自動跟蹤（906）組合，以保證天線對選定目標進行自動跟蹤；另一路送到增益控制電路，以產生自動增益控制電壓，送到本組合公共中放前兩級（G1、G2）和“前中”后三級（G4-2、3、4）柵極，以控制整個“1 波段”接收機的增益。黃河科技學院畢業(yè)設計（文獻綜述） 第 14 頁143.6 主要電路的工作原理為了深入了解主放大器的情況，下面我們再來對主要電路作進一步的討論。3.6.1 主中頻放大器主中頻放大器用來放大中頻脈沖信號，擔負著接收機的主要放大任務，由901 組合電路原理圖可看出，主中放各級除選通級外均為典型的柵極單調諧放大器。柵極單調諧中頻放大器均由高頻五極管 6J4P 裝成，其電路如圖 4-26 所示，諧振回路由本級輸出電容和接在下一級柵極的電感 L 以及下級輸入電容、接線分布電容等組成。調整電感 L 的銅芯可改變槽路的諧振頻率，使之與 30MHz 諧振，以取得最佳放大。Ra 是為滿足帶寬要求而加的負載電阻，Ra 越小，頻帶越寬增益越小。此數(shù)值應適當選擇。不能過大或過小。RkCk 為陰極自給偏壓電路，適當選取其數(shù)值，可得到合適的工作點。RbCb 為去耦電路，它對直流電源來說是 L 式濾波，對本級來說是去耦，即本級信號被 Cb 短路到地，殘余部分降在 Rb 上，防止通過直流電源耦合到其他級干擾其工作。Ca 對 30MHz 信號相對于短路，這里起隔直流作用。跟蹤支路中放第一級(G5)為選通級，用來選擇所需之目標回波中頻信號，以保證天線跟蹤選定之目標。選通級電路由 6J4P 五極管裝成。陽極與柵極的接法與一般電路相同，陰極也基本相同，簾柵極也基本相同，簾柵極通過開關 K1 和繼電器 J2 常閉接點接到分壓器上，由—105 伏直流電源分得約—10 伏電壓，所以平時該管截止，中頻信號不能通過。當距離顯示器上電瞄準線對準了選定目標回波時，903 組合送來的寬度 0.3 微秒、幅度+140 伏窄波門脈沖通過開關 K1 和繼電器 J2 常閉接點加到簾柵極，使管子導電，此時被選定的目標回波中頻信號加到柵極，因此能夠通過并被放大，但寬度變?yōu)?0.3 微秒。開關 K1 的“+120V”檔是為調試而設的。平時處于“波門”位置，只有調試時才處于“+120V”位置。Ⅲ狀態(tài)時，J2 動作，選通級全開放。黃河科技學院畢業(yè)設計（文獻綜述） 第 15 頁15G5 陰極上除接有自給偏壓外，還有+120 伏電源經 R10 和 W1 分得一定電壓作為陰極偏壓。W1 改變時，即改變了跟蹤支路的增益，從而改變了天線自動跟蹤的靈敏度，所以 W1 叫“自動跟蹤靈敏度”調整。因跟蹤支路和距離支路第一級柵極是并聯(lián)的，而跟蹤支路選通級導通時。輸入阻抗較平時改變很大，為減小對距離支路增益的影響，在 G5 柵極串入電阻R16.3.6.2 檢波器檢波器用來把中頻信號的包絡取出來，輸出視頻信號?！? 波段”跟蹤支路檢波器電路由 6H6P 型雙二極管 G7 左半管裝成。C24 、C37 為檢波負載。輸入端的中頻信號加到 L7 與分布電容組成的槽路兩端，通過 R51 加到 G7兩極，因正半周 G7 不導電，所以中頻信號通過 G7 后被整流，變?yōu)榘氩}沖，經電容濾波變?yōu)閷嵕€所示波形，再經電感濾波而得到頂部平穩(wěn)的視頻脈沖輸出。插孔 CK4 用來測量檢波電流。R28、C25 供測量用，平時被電話插孔 CK4 短路，測量時，電話插頭插入后接入電路。R28、C25 可防止插頭插入或拔出時中斷檢波電路以及起到濾波作用。當距離上瞄準目標時，此電流約為幾個微安，當選通級簾柵極接+120 伏且回波又較多時，電流可達十數(shù)毫安。距離支路檢波器由 G13（6H6P）右半管裝成，其電路及原理與跟蹤支路相似。因中頻信號加到 G13 陽極，所以輸出正視頻脈沖。3.6.3 視頻放大器視頻放大器用來放大視頻脈沖信號。由于視頻脈沖寬度很窄（0.3、0.5 或1.2 微秒） ，所以包含的頻率成分很多。只有將這些不同頻率成分給以同等放大，才能使信號不失真。這就要求視放有足夠的帶寬。增益和帶寬是矛盾的，這一矛盾必須解決。1、跟蹤支路視放該支路視放有兩極，電路見 901 組合電原理圖。第一級（G8）用 6J4P 型五黃河科技學院畢業(yè)設計（文獻綜述） 第 16 頁16極管（接成三極管）裝成阻容耦合電壓放大器。第二級為輸出級，要求功率增益大，因而用功率五極管 6P9P 裝成阻容耦合功率放大器。兩級都有陰極自給偏壓。陽極電源由 941 組合+300 伏整流器供給，第一級有去耦電路 R32、C27。為解決增益和帶寬的矛盾，采取了下列措施：首先第一級將五極管接成三極管，因而內阻減小可增加帶寬。其次第二級陽極負載電阻 R35 阻值較小，以增加帶寬。最后兩級陽極都有高頻補償電路（L9、L10） ，以增加高頻端的帶寬。因陽極電路有本級輸出電容、次級輸入電容和接線分布電容并聯(lián)在負載電阻兩端，這些電容數(shù)值較小，對矩形脈沖的低、中頻成分呈現(xiàn)容抗較大，近似開路，影響不大。但對矩形脈沖的高頻成分呈現(xiàn)容抗不大，旁路作用明顯，相當于負載電阻變小，使增益降低，引起波形失真。陽極串入電感后，對低、中頻諧波成分呈現(xiàn)感抗小，近似短路，不起作用，但對高頻諧波成分，它和上述電容組成諧振回路，阻抗很大，提高了高頻增益，避免了高頻失真。1、 距離支路視放距離支路視放共三級，本組合兩級（G14、16） 、902 組合一級（G2-18）(此級“1、2 波段”公用)。其電路見組合電原理圖。前兩級用 6J4P 五極管（接成三極管）裝成阻容耦合電壓放大器。末級用 6P3P 極射四極管裝成阻容耦合功率放大器。前兩級陽極電源由 941 組合+300 伏電子穩(wěn)壓器供給，有去耦電路。末級陽極電源由 942 組合+300 伏整流器供給。距離支路視放與跟蹤支路視放的相同點是：陽極負載電阻較小，以增加帶寬，第二級陽極接有高額補償電感 L14。不同點是本支路視放均無陰極自給偏壓。首、末兩級（G14、G2-18）因輸入正脈沖，為防止產生柵流，柵極由—105 伏分壓取得負偏壓。第二級（G15）因輸入負脈沖，故未接負柵偏壓，這一級除陽極有高額補償外，陰極也有高額補償。由于 C52 容量小，對視頻脈沖的低頻成分呈現(xiàn)容抗大，相當于開路，所以 G15 的輸入信號是整個輸入信號在R64、R65 上分壓后的一部分，因而輸出幅度較小。但對視頻脈沖的高頻成分，C52 很小，相當于短路，整個輸入信號全部加到 G15 柵極，因而輸出幅度較大，從而使高頻成分得到補償，減小波形失真。3.6.4 增益控制電路黃河科技學院畢業(yè)設計（文獻綜述） 第 17 頁17增益控制電路可用“手控”或“自動”方式調整和控制接收機的增益。它由 6N6P 雙三極管（G10）裝成。左半管接成自動增益檢波器，右半管接成增益控制直流放大器。在天線進行自動跟蹤時，采用自動增益控制。在其它工作方式時，采用手控增益，手控增益和自動增益轉換由“腳踏開關”和 912 組合的“工作——指揮儀控制”開關控制繼電器 J1-1 來實現(xiàn)。1、手控增益（1） 作用手控增益電路用來在天線非自動工作方式時，通過調整 901 和 904 組合面板上的“增益”旋鈕來改變接收機的增益，以便在顯示器上獲得良好的觀察條件。例如受到強干擾或目標在近距離的物中時，可適當壓低增益，以利于從干擾或地物中識別目標。在一般情況下，應將二增益旋鈕順時針轉到頭，使接收機增益最大，便于遠距離發(fā)現(xiàn)目標。（2）工作手控增益情況下，繼電器 J1 不工作，常閉接點 1、2 接通。此時，自動增益檢波器（G10 左半管）輸出開路。增益控制放大器（G10 右半管）柵極被接至“增益”電位器 W1-3 的滑臂上。增益控制放大器是一級陰隨器，陽極接+120 伏電源，陰極經電阻 R43 接至—105 伏電源上，因此該級陽、陰極間電壓實際是 225 伏。陽流流過陰極負載 R43 產生上正下負的壓降，使陰極電位提高，其極性與—105 伏相反。這樣，從陰極輸出（對地）的增益控制電壓，就是這兩電壓之差。此電壓加至前中后三級和主中前兩級的柵極。由電位器 W1-2、W4-3、W1-3 和 W1-42 組成的分壓器接在—105 伏電源上。由于 C10 右半管柵極經 J1 常閉接點接在 W1-3 的滑臂上，所以調整 W1-2、W4-8、W1-3 中的任一個電位器，都能改變 G10 右半管柵極電位，從而使增益控制放大器陰極輸出的增益控制電壓發(fā)生變化。電位器 W1-3 和 W4-8 為手控增益旋鈕，分別裝在 901 和 904 組合面板上。它們的作用都是用來控制接收機的增益，分裝的目的是為了操作的方便。為了避免中放產生柵流而使被放大的信號波形失真，要求輸出的增益控制黃河科技學院畢業(yè)設計（文獻綜述） 第 18 頁18電壓不能為正，為此需進行“零偏壓裝定” 。“零偏壓裝定”的原理和方法如下：將 901 和 904 組合的“增益”旋鈕右旋到頭，使增益最大，即 W1-3 滑臂位于最左端，W4-8 滑臂位于最右端（將 W4-8 短路） ，裝定 W1-2 使直流發(fā)大器柵極取得約—105 伏電源電壓，使陰極輸出的增益控制電壓為零伏。這樣就保證了在增益最大時，輸出的增益控制電壓為零伏。受控級不產生柵流。W1-2 的調整軸裝在組合面板上，標有“自動增益調整”字樣。1、自動增益（1）作用當天線對目標進行自動跟蹤時，由于目標距離、航向的變化，將使接收機輸出的視頻脈沖回波的幅度發(fā)生變化，平均電壓也隨著發(fā)生變化。例如當目標臨近時，該目標的視頻回波信號不斷增大，平均電壓也不斷增大，這樣跟蹤支路輸出的視頻回波信號，一方面因目標偏離電軸，幅度受 24 周/秒調制（24 周/秒包絡即誤差信號，是天線自動跟蹤的基礎） 。另一方面，其幅度還隨著目標距離和航向的變化而變化，使 24 周/秒包絡的幅度不但與目標在角度上的偏差有關，還和距離、航向有關（如距離近時，24 周/秒包絡幅度大） 。這種距離和航向的變化引起誤差信號的額外變化，將干擾天線的自動跟蹤。設置自動增益控制電路即為了解決這一矛盾。當被跟蹤目標的距離、航向變化而使視頻信號的平均值變化時，本電路能自動的改變送到前中后三級和主中前二級柵極負電壓，距離遠時回波小，輸出的負電壓小，增益大；當目標距離雷達近時，回波幅度增大，輸出負電壓也大，使增益減小。這樣就可使跟蹤支路輸出的視頻信號的平均值不變，視頻信號的 24 周/秒包絡（誤差信號）的大小只與目標偏離天線電軸的角度大小有關，而與目標距離、航向無關。同時，由于自動增益的作用，接收機不致飽和，這就防止了 24 周/秒誤差信號與被限制掉的可能。（1）工作原理天線在自動跟蹤工作方式時，繼電器 J1 工作，常開接點 1、3 接通。增益控制放大器（G10 右半管）柵極接至自動增益檢波器（G10 左半管）的輸出端。檢波管陰極經分壓器 R39、R38 從+120 伏電源取得約+30 伏電壓，使該管陰極比陽極高 32 伏（零偏壓裝定時使陽極為—2 伏） 。當跟蹤支路送來的視頻信號幅黃河科技學院畢業(yè)設計（文獻綜述） 第 19 頁19度小于 32 伏(絕對值)時，檢波管不導電，無輸出。G10 右半管柵極經 J1 常開接點從“零偏壓裝定”電位器 W2 上取得—2 伏電壓，使其陰極輸出為零伏，相當于手控時的最大增益。這是接收遠距離及弱小回波所需要的。當目標距離越來越近時，回波幅度增大。當跟蹤支路送來的視頻信號幅度大于 32 伏時，檢波管導電，C36 充電，因二極管內阻很小，充電時間常數(shù)小。充電較快。于是在脈沖區(qū)間，C36 兩端形成下正上負的電壓，在脈沖間隙時間，檢波管截止，C36 經 W2、R41、R40 放電，由于放電時間常數(shù)大，C36 上電荷放掉很少，電壓幾乎保持不變。由于 C36 充電快，放電慢，通過反復的充放電過程，就把寬度 0.3 微秒、重復頻率 1、875KHz 視頻脈沖 24 周/秒調幅包絡“檢”出來了。這個電壓包含視頻信號平均電壓和 24 周/秒交流信號兩部分。如果將檢波器輸出端（R41、W2 兩端）的電壓（其波形同 C36 上電壓，但幅度小些）直接加到 G10 右半管柵極，則經放大后，從陰極輸出的增益控制電壓中的 24 周/秒交流成分將抵消回波幅度的 24 周/秒變化。經增益控制后，跟蹤支路輸出的視頻信號將無 24 周/秒幅度變化，天線就不能進行自動跟蹤了。為了保留 24 周/秒包絡信號，本電路輸出的增益控制電壓中，不應包含 24 周/秒交流成分。為此，在檢波器輸出端并聯(lián)上濾波電容 C38，C38 容量很大（1 微法）對 24 周/秒交流信號相當于短路，24 周/秒信號就降在 R40 上，而不加到C10 右半管柵極。經 C38 濾波后加到 G10 右半管柵極的電壓波形。將這樣一個與目標回波幅度平均值成正比的負電壓，加到前中后三級（“2 波段”只加到后 2 級）和主中前兩級，就使接收機增益得到調節(jié)?；夭ㄐr增益大，回波大時增益小。經過這種以變應變的作用后，結果使跟蹤支路輸出的視頻信號平均值保持不變，從而使 24 周/秒包絡信號的幅度只和目標的偏差有關，消除了目標距離遠近及航向變化對天線自動跟蹤的不良影響。因濾波電容 C38 較大，本電路只能對慢速變化的信號起控制作用。一般目標距離、航向變化而引起的視頻信號平均值的變化是非常緩慢的，所以可得到較好的自動增益控制，但對目標有效反射面積變化所引起的回波幅度的快速變化，本電路則不能起到增益控制作用。這個任務由天線控制系統(tǒng) 906 組合中的自動增益控制作用。這個任務由天線控制系統(tǒng) 906 組合中的自動增益控制電路來完成。它能對這種快速變化起自動增益控制控制作用，而對變化更快的 24 周黃河科技學院畢業(yè)設計（文獻綜述） 第 20 頁20/秒或 37.5 周/秒誤差信號則仍能保留下來。因此接收機中的增益控制電路稱為“惰性自動增益控制電路” 。3.7 自動頻率控制電路（907、928 組合）3.7.1 用途自動頻率控制電路用來改變本地振蕩器的頻率，以保證發(fā)射機和本地振蕩器頻率之差始終是額定中頻，以使接收機正常工作。接收機各中放槽路都固定調諧在 30MHz，當磁控管和本證頻率之差正好是30MHz 時，回波信號得到最有效的放大。然而雷達在工作過程中，由于溫度、濕度、電源和負載等的變化，會使磁控管和本振頻率發(fā)生變化，使其差頻偏離30MHz，回波信號不能被有效地放大，這樣，差頻的變化在接收機中轉化為信號幅度的變化，這將直接影響到天線控制系統(tǒng)的跟蹤性能。甚至差頻超出中放帶寬之外，接收機便不能正常工作。為保證磁控管和本振頻率變化時，讓差頻始終保持在 30MHz,使接收機具有最佳的性能，采用了自動頻率控制電路。例如當發(fā)射頻率升高時，自頻控電路就會使本振頻率相應的升高，反之，則相應下降，從而使差頻穩(wěn)定在 30MHz。3.7.2 組成自動頻率控制電路由截止衰減器（“2 波段”還有吸收衰減器） 、自頻控混頻器、中頻放大器、鑒頻器、視放、鉗位器和幻象器等組成。除衰減器和混頻器位于高頻裝置外，其余均在自動頻率控制組合。 “1 波段”裝在 907 組合， “2波段”裝在 928 組合。3.7.3 簡要工作過程由截止衰減器從主波導中取出一部分發(fā)射能量，與本振輸出的高頻等副信號在自頻控混頻器混頻后，得到差頻信號。該信號被送到 907 組合，先經兩級公共中放放大，然后分兩路，每路各經一級中放送至鑒頻器。鑒頻器對差頻信號進行頻率鑒別，當“察覺”其對 30MHz 有偏差時，就將頻率偏差變成黃河科技學院畢業(yè)設計（文獻綜述） 第 21 頁21極性和幅度不同的視頻脈沖。參考文獻：[1]蔡凌云等.自動增益控制技術應用.北京：電子工業(yè)出版社，2002.[2]尤德斐數(shù)字化測 t 技術(上)，北京：機械工業(yè)出版社，1990[3]張風言編著，電子電路基礎，高等教育出版社，1994[4]高吉祥、黃智偉、陳和，《高頻電子線路》[M]，北京：電子工業(yè)出版社，2003 年（第一版）[5]高吉祥、高天萬、陳和，《模擬電子線路》[M]，北京：電子工業(yè)出版社，2004 年（第一版）[6]哀孝康，自動增益控制與對數(shù)放大器，北京：:國防工業(yè)出版社，1987 畢業(yè)設計文獻綜述院 （ 系 ） 名 稱 工 學 院 機 械 系專 業(yè) 名 稱 機 械 設 計 制 造 及 其 自 動 化學 生 姓 名 夏 建 新 指 導 教 師 王 飛2012 年 03 月 10 日黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (文 獻 翻 譯 ) 第 1 頁 雷達雷達是一種檢測和定位物體的電磁系統(tǒng)。它通過發(fā)送特定類型的波，例如正弦波脈沖調制，檢測回波信號的性質。雷達常用來拓展人類觀察環(huán)境的感官能力，尤其是視覺感官。雷達的價值不在于代替眼睛，而是去做眼睛不能做的.雷達雖不能達到人眼所能達到的細節(jié)，以及眼睛所能達到的對顏色的精細程度。 然而，雷達已經能夠突破以前對人類視覺能力的限制條件，如黑暗，陰霾，霧，雨，和雪。 此外，雷達具有能夠測量物體距離或范圍的的優(yōu)點。 這可能是其最重要的特性。雷達一般是由能夠發(fā)射某種振蕩器生成的電磁波的發(fā)射天線， 接收 天線，能源檢測設備， 接收器所組成的。部分傳輸信號是由反射對象（目標）所截獲并在各個方向發(fā)散，在后方，再次發(fā)射信號是雷達的主要特性。接收天線收集返回的信號并傳輸給接收器，用以探測目標的存在并提供其位置和相對速率.雷達與目標的距離 是由測量雷達信號前往和返回目標所花費的時間決定，目標的方向或角位置由被反射的前波的方向決定，測量目標位置的通常方式是用窄波， 如果目標和雷達之間出現(xiàn)相對移動，反射波的載波頻率亦隨之變化，可以借此測量目標的相對速度，并且可用來從靜止物體中區(qū)分出正在移動的目標。雷達可以連續(xù)追蹤目標的移動，也可以對目標位置的變化速率做出持續(xù)指示。(摘自：美.艾.斯考爾尼克， 《雷達系統(tǒng)入門》 ，第五章)黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (文 獻 翻 譯 ) 第 2 頁 雷達工作流程圖在圖1.2中，方框圖展示了一個典型的脈沖雷達的工作流程。發(fā)射器可能是一個振蕩器，如磁控管， 它是由調制器產生的序列脈沖（打開和關閉）所控制。磁控管已被廣泛應用于雷達的各種各樣的微波發(fā)生器中。一個用于探測100至200海里范圍內的飛機的典型雷達能產生一兆瓦的峰值功率，幾千瓦的平均功率，每秒幾百脈沖的脈沖重復頻率，由發(fā)射器生成的波形沿發(fā)射線到達天線，在那里再被發(fā)射往太空。一個簡單的天線通常既用來發(fā)射又用來接收，接收器必須被保護以免于遭到發(fā)射器的高功率造成的破壞。雙工器還能為回波信號的接收而不是發(fā)射提供通道。雙工器由兩個氣體放電器件，一個收發(fā)器和另外一些收發(fā)器組成。在發(fā)射期間，收發(fā)器保護接收器，在接收時，反收發(fā)器把回波信號引導到接收器。接收機通常是超外差式的。第一階段可能是低噪聲射頻放大器，如參量放大器或低噪聲晶體管?；祛l器和本地振蕩器把射頻信號轉換成中頻。 “典型的” 空中監(jiān)視雷達中頻放大器可能有30或60 MHz 的中心頻率和一兆赫的帶寬。中頻放大器應有一個匹配的濾波器，也就是說，它的頻率響應函數(shù)應最大限度地提高峰值信號的平均噪聲功率輸出的比例。在中頻放大器，最大化噪聲信號比后，在第二個探測器中進行脈沖調制，并通過視頻放大器放大到它可以正確顯示，通常陰極射線管中，定時信號能為指示器從天線的指示方向中獲得角度信息， 陰極射線管顯示的最普遍的形式是計劃位置指示，或并行外設總線，它可在極坐標映射目標的方位和范圍的位置。(摘自：美 .艾.斯考爾尼克， 《雷達系統(tǒng)入門》 ，第一章)黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (文 獻 翻 譯 ) 第 3 頁 雷達接收機在被需要的回波和不被需要的干擾之間提供最大程度的辨別時，雷達接收機的功能是放大接收的回波以及過濾它們。這些干擾不僅中和雷達接收機所產生的干擾，而且中和從銀河系、附近雷達和通信設備以及可能的干擾機所接收的信號。雷達自身發(fā)射的被不明目標（例如雨，雪，鳥類，昆蟲，大氣擾動，谷殼）所發(fā)射的信號也被歸類為干擾。機載雷達測高或繪圖時，其他飛機都是不被需要的目標，地面被需要的目標。更常用的雷達用于探測飛機，輪船，地面車輛，或人員，并從海上或地面反射雜波干擾 。接收機類型包括超再生，水晶影像，調諧射頻和超再生接收器。超再生接收器有時應用于燈塔雷達，因為有時單管可充當發(fā)射器和接收器，而且簡單和緊湊比優(yōu)越敏感性更重要，晶體視頻接收機也很簡單，但敏感性較差， 射頻接收機用于射頻和視頻放大;雖然它的噪聲溫度可能較低，其靈敏度卻較差，因為平常的雷達回波頻譜濾波優(yōu)化帶寬不切實際，只有那些能夠發(fā)射出比較寬的百分比帶寬信號的雷達，能用于實際濾波中。 實際上所有雷達接收機超外差原理如圖 3.1所示。輸入信號來自雙工器，它允許單一天線在發(fā)射器和接收器之間共享?；夭ń涍m度放大后，通過與本地振蕩器頻率混合能被轉移到中頻，為達到最終的介于0.1和100兆赫的中波頻率，在混合過程中不遭受嚴重的圖像或雜散頻率問題，多于一個轉換步驟可能是必要的，中頻放大不僅僅是比微頻成本更低，更穩(wěn)定，而且更廣泛的百分比帶寬占用所需的回波簡化了過濾操作.此外，超外差接收器，可以在不干擾過濾中波頻率的情況下，按照發(fā)射器所需的轉換比任意改變當?shù)卣袷幤鞯念l率.這些使接收機的競爭形式實際上消失的優(yōu)勢使相當有力的。(摘自：美.艾.斯考爾尼克， 《雷達守則》 ，第五章)黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (文 獻 翻 譯 ) 第 4 頁 自動控制原理 自動控制學科是近幾十年來了發(fā)展起來的一門很重要的學科。它的發(fā)展很迅速，特別是計算機的快速發(fā)展，更加快了它的發(fā)展，尤其是工業(yè)自動化技術近年來的發(fā)展。自動化學科研究的范圍也是很廣泛的，對實現(xiàn)我國工業(yè)、農業(yè)、國防和科學技術現(xiàn)代化、對迅速提升我國綜合國力具有重要和積極作用。自動控制（automatic control）是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設備或裝置，使機器、設備或生產過程的某個工作狀態(tài)或參數(shù)自動地按照預定的規(guī)律運行。自動控制是相對人工控制概念而言的。指的是在沒人參與的情況下，利用控制裝置使被控對象或過程自動地按預定規(guī)律運行。自動控制技術的研究有利于將人類從復雜、危險、繁瑣的勞動環(huán)境中解放出來并大大提高控制效率。 自動控制是工程科學的一個分支。它涉及利用反饋原理的對動態(tài)系統(tǒng)的自動影響，以使得輸出值接近我們想要的值。從方法的角度看，它以數(shù)學的系統(tǒng)理論為基礎。我們今天稱作自動控制的是二十世紀中葉產生的控制論的一個分支。 基礎的結論是由諾伯特·維納，魯?shù)婪颉た柭岢龅?。舉例：室內溫度的調節(jié) 室內溫度的調節(jié)是一個簡明易懂的例子。目的是把室內溫度保持在一個定值 θ，盡管開窗等因素使得室內熱量散發(fā)出室外（干擾 d） 。為了達到這個目的，加熱必須被適當?shù)挠绊憽Ｍㄟ^閥門的調節(jié)，溫度就會保持恒定。除此之外，在人們有感覺之前，暖器熱水的溫度也會受外界溫度的干擾。其余的例子還有三油桶系統(tǒng)。 自動控制領域的發(fā)展過程150 多年前第一代過程控制體系是基于 5－13psi 的氣動信號標準（氣動控制系統(tǒng)PCS， Pneumatic Control System） 。簡單的就地操作模式，控制理論初步形成，尚未有控制室的概念。第二代過程控制體系（模擬式或 ACS,Analog Control System）是基于 0－10mA 或4－20mA 的電流模擬信號，這一明顯的進步，在整整 25 年內牢牢地統(tǒng)治了整個自動控黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (文 獻 翻 譯 ) 第 5 頁 制領域。它表征了電氣自動控制時代的到來。控制理論有了重大發(fā)展，三大控制論的確立奠定了現(xiàn)代控制的基礎；控制室的設立，控制功能分離的模式一直沿用至今。第三代過程控制體系（CCS，Computer Control System）.70 年代開始了數(shù)字計算機的應用，產生了巨大的技術優(yōu)勢，人們在測量，模擬和邏輯控制領域率先使用，從而產生了第三代過程控制體系（CCS，Computer Control System） 。這個被稱為第三代過程控制體系是自動控制領域的一次革命，它充分發(fā)揮了計算機的特長，于是人們普遍認為計算機能做好一切事情，自然而然地產生了被稱為“集中控制”的中央控制計算機系統(tǒng)，需要指出的是系統(tǒng)的信號傳輸系統(tǒng)依然是大部分沿用 4－20mA 的模擬信號，但是時隔不久人們發(fā)現(xiàn)，隨著控制的集中和可靠性方面的問題，失控的危險也集中了，稍有不慎就會使整個系統(tǒng)癱瘓。所以它很快被發(fā)展成分布式控制系統(tǒng)（DCS） 。第四代過程控制體系（DCS，Distributed Control System 分布式控制系統(tǒng)）：隨著半導體制造技術的飛速發(fā)展，微處理器的普遍使用，計算機技術可靠性的大幅度增加，目前普遍使用的是第四代過程控制體系（DCS，或分布式數(shù)字控制系統(tǒng)） ，它主要特點是整個控制系統(tǒng)不再是僅僅具有一臺計算機，而是由幾臺計算機和一些智能儀表和智能部件構成一個了控制系統(tǒng)。于是分散控制成了最主要的特征。除外另一個重要的發(fā)展是它們之間的信號傳遞也不僅僅依賴于 4－20mA 的模擬信號，而逐漸地以數(shù)字信號來取代模擬信號。第五代過程控制體系（FCS，F(xiàn)ieldbus Control System 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)）：FCS是從 DCS 發(fā)展而來，就象 DCS 從 CCS 發(fā)展過來一樣，有了質的飛躍。 “分散控制”發(fā)展到“現(xiàn)場控制” ；數(shù)據的傳輸采用“總線”方式。但是 FCS 與 DCS 的真正的區(qū)別在于 FCS 有更廣闊的發(fā)展空間。由于傳統(tǒng)的 DCS 的技術水平雖然在不斷提高，但通信網絡最低端只達到現(xiàn)場控制站一級，現(xiàn)場控制站與現(xiàn)場檢測儀表、執(zhí)行器之間的聯(lián)系仍采用一對一傳輸?shù)?4-20mA 模擬信號，成本高，效率低，維護困難，無法發(fā)揮現(xiàn)場儀表智能化的潛力，實現(xiàn)對現(xiàn)場設備工作狀態(tài)的全面監(jiān)控和深層次管理。所謂現(xiàn)場總線就是連接智能測量與控制設備的全數(shù)字式、雙向傳輸、具有多節(jié)點分支結構的通信鏈路。簡單地說傳統(tǒng)的控制是一條回路，而 FCS 技術是各個模塊如控制器、執(zhí)行器、檢測器等掛在一條總線上來實現(xiàn)通信，當然傳輸?shù)囊簿褪菙?shù)字信號。主要的總線有Profibus，LonWorks 等?，F(xiàn)代控制理論的發(fā)展：經典控制理論雖然具有很大的實用價值，但也有著明顯的局黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (文 獻 翻 譯 ) 第 6 頁 限性。其局限性表現(xiàn)在下面二個方面：第一，經典控制理論建立在傳遞函數(shù)和頻率特性的基礎上，而傳遞函數(shù)和頻率特性均屬于系統(tǒng)的外部描述(只描述輸入量和輸出量之間的關系)，不能充分反映系統(tǒng)內部的狀態(tài)；第二，無論是根軌跡法還是頻率法，本質上是頻域法(或稱復域法) ，都要通過積分變換(包括拉普拉斯變換、傅立葉變換、Z 變換)，因此原則上只適宜于解決“單輸入—單輸出”線性定常系統(tǒng)的問題，對“多輸入—多輸出”系統(tǒng)不宜用經典控制理論解決，特別是對非線性、時變系統(tǒng)更是無能為力。現(xiàn)代控制理論本質上是一種“時域法” 。它引入了“狀態(tài)”的概念，用“狀態(tài)變量”(系統(tǒng)內部變量) 及“狀態(tài)方程”描述系統(tǒng)，因而更能反映出系統(tǒng)的內在本質與特性。從數(shù)學的觀點看，現(xiàn)代控制理論中的狀態(tài)變量法，簡單地說就是將描述系統(tǒng)運動的高階微分方程，改寫成一階聯(lián)立微分方程組的形式，或者將系統(tǒng)的運動直接用一階微分方程組表示。這個一階微分方程組就叫做狀態(tài)方程。采用狀態(tài)方程后，最主要的優(yōu)點是系統(tǒng)的運動方程采用向量、矩陣形式表示，因此形式簡單、概念清晰、運算方便，尤其是對于多變量、時變系統(tǒng)更是明顯?，F(xiàn)代控制理論從理論上解決了系統(tǒng)的可控性、可觀測性、穩(wěn)定性以及許多復雜系統(tǒng)的控制問題。但是，隨著現(xiàn)代科學技術的迅速發(fā)展，生產系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，形成了復雜的大系統(tǒng)，導致了控制對象、控制器以及控制任務和目的的日益復雜化，從而導致現(xiàn)代控制理論的成果很少在實際中得到應用。智能控制理論的發(fā)展：智能控制是指驅動智能機器自主地實現(xiàn)其目標的過程，也就是說，智能控制是一類無需人的直接干預就能獨立地驅動智能機器實現(xiàn)其目標的自動控制。智能控制的基礎是人工智能、控制論、運籌學和信息論等學科的交叉。智能控制理論及系統(tǒng)具有下面幾個鮮明的特點：第一，在分析和設計智能控制系統(tǒng)時，重點不要放在傳統(tǒng)控制器的分析和設計上，而要放在智能機模型上，也就是說，不要把重點放在對數(shù)學公式的描述、計算和處理上(實際上，一些復雜大系統(tǒng)可能根本無法用精確的數(shù)學模型進行描述)，而要把重點放在對非數(shù)學模型的描述、符號和環(huán)境的識別、知識庫和推理機設計和開發(fā)等上面來。第二，智能控制的核心是高層控制，其任務在于對實際環(huán)境或過程進行組織，即決策和規(guī)劃，實現(xiàn)廣義問題求解。第三，智能控制是一門邊緣交叉學科，傅京孫教授于 1971 年首先提出了智能控制的二元交集理論(即人工智能和自動控制的交叉)，美國的 G.N.Saridis 于 1977 年把傅京孫的二元結構擴展為三元結構(即人工智能、自動控制和運籌學的交叉)，后來中南工業(yè)大學的蔡自興教授黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (文 獻 翻 譯 ) 第 7 頁 又將三元結構擴展為四元結構(即人工智能、自動控制、運籌學和信息論的交叉)，從而進一步完善了智能控制的結構理論。第四，智能控制是一個新興的研究和應用領域，有著極其誘人的發(fā)展前途。在智能控制發(fā)展的前提下，學者又提出了遞階智能控制：遞階智能控制(Hierarchical Intelligent Control)是在研究早期學習控制系統(tǒng)的基礎上，從工程控制論角度總結人工智能與自適應控制、自學習控制和自組織控制的關系之后逐漸形成的，它是智能控制的最早理論之一。專家智能控制：它把研究范圍縮小在一個特定的相對狹小的專業(yè)領域中。人類專家之所以成為專家，是因為他擁有解決自己專業(yè)領域問題的大量專門知識，包括各種有用的訣竅和經驗，專家系統(tǒng)實際上就是在計算機上實現(xiàn)的這種領域專家的模仿物。模糊智能控制模糊邏輯控制理論和模糊邏輯控制系統(tǒng)的應用發(fā)展很快，展示了模糊理論在控制領域中有著很好的發(fā)展前景。模糊邏輯控制現(xiàn)已成為智能控制的重要組成部分。神經網絡智能控制基于神經網絡的智能控制系統(tǒng)作為一個新興領域，之所以能引起自動控制界的廣泛興趣，其原因是：①神經網絡具有逼近任何非線性函數(shù)的能力；②神經網絡易于用 VLSI 實現(xiàn)，從而使神經網絡具有快速和容錯性高的優(yōu)點；③神經網絡自身的結構及其多輸入多輸出的特點，使其易用于多變量系統(tǒng)的控制，且與其它逼近方法相比較更為經濟；④神經網絡具有自適應和自學習的特性。神經網絡的這些特點表明它有著傳遞函數(shù)在線性系統(tǒng)中的作用，但能夠自然地擴展到具有非線性、時變性、復雜性、不確定性的大系統(tǒng)中。學習控制系統(tǒng)，定性控制理論等。以上通過對自動控制理論的發(fā)展歷程，總體概述了自動控制的基本原理及其未來的發(fā)展趨勢，通過對自動控制原理的學習，我們知道反饋系統(tǒng)對控制系統(tǒng)穩(wěn)定的重要性，在經過對系統(tǒng)的各種參數(shù)的計算比對，考慮哪種方法對系統(tǒng)的穩(wěn)定更有利，學習自動控制系統(tǒng)的設計與校正，有利于將來我們對自動控制的應用。黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 (文 獻 翻 譯 ) 第 8 頁 自動增益控制使 放 大 電 路 的 增 益 自 動 地 隨 信 號 強 度 而 調 整 的 自 動 控 制 方 法 。 實 現(xiàn) 這 種 功 能 的電 路 簡 稱 AGC 環(huán) 。 AGC 環(huán) 是 閉 環(huán) 電 子 電 路 ， 是 一 個 負 反 饋 系 統(tǒng) ， 它 可 以 分 成 增 益 受控 放 大 電 路 和 控 制 電 壓 形 成 電 路 兩 部 分 。 增 益 受 控 放 大 電 路 位 于 正 向 放 大 通 路 ， 其增 益 隨 控 制 電 壓 而 改 變 。 控 制 電 壓 形 成 電 路 的 基 本 部 件 是 AGC 檢 波 器 和 低 通 平 滑濾 波 器 ， 有 時 也 包 含 門 電 路 和 直 流 放 大 器 等 部 件 。 放 大 電 路 的 輸 出 信 號 u0 經 檢 波并 經 濾 波 器 濾 除 低 頻 調 制 分 量 和 噪 聲 后 ， 產 生 用 以 控 制 增 益 受 控 放 大 器 的 電 壓 uc 。 當 輸 入 信 號 ui 增 大 時 ， u0 和 uc 亦 隨 之 增 大 。 uc 增 大 使 放 大 電 路 的 增 益 下 降 ，從 而 使 輸 出 信 號 的 變 化 量 顯 著 小 于 輸 入 信 號 的 變 化 量 ， 達 到 自 動 增 益 控 制 的 目 的 。放 大 電 路 增 益 的 控 制 方 法 有 ： ① 改 變 晶 體 管 的 直 流 工 作 狀 態(tài) ， 以 改 變 晶 體 管 的 電 流放 大 系 數(shù) β 。 ② 在 放 大 器 各 級 間 插 入 電 控 衰 減 器 。 ③ 用 電 控 可 變 電 阻 作 放 大 器 負 載等 。 AGC 電 路 廣 泛 用 于 各 種 接 收 機 、 錄 音 機 和 測 量 儀 器 中 ， 它 常 被 用 來 使 系 統(tǒng) 的 輸出 電 平 保 持 在 一 定 范 圍 內 ， 因 而 也 稱 自 動 電 平 控 制 ； 用 于 話 音 放 大 器 或 收 音 機 時 ，稱 為 自 動 音 量 控 制 。 AGC 有 兩 種 控 制 方 式 ： 一 種 是 利 用 增 加 AGC 電 壓 的 方 式 來 減 小 增 益 的 方 式 叫 正向 AGC， 一 種 是 利 用 減 小 AGC 電 壓 的 方 式 來 減 小 增 益 的 方 式 叫 反 向 AGC .正 向 AGC 控 制 能 力 強 ， 所 需 控 制 功 率 大 被 控 放 大 級 工 作 點 變 動 范 圍 大 ， 放 大 器 兩 端 阻 抗 變 化也 大 ； 反 向 AGC 所 需 控 制 功 率 小 ， 控 制 范 圍 也 小 。 AGC——Automatic Gain Control 的 縮 寫 。 所 有 攝 象 機 都 有 一 個 將 來 自 CCD 的信 號 放 大 到 可 以 使 用 水 準 的 視 頻 放 大 器 ， 其 放 大 量 即 增 益 ， 等 效 于 有 較 高 的 靈 敏 度 ，可 使 其 在 微 光 下 靈 敏 ， 然 而 在 亮 光 照 的 環(huán) 境 中 放 大 器 將 過 載 ， 使 視 頻 信 號 畸 變 。 為此 ， 需 利 用 攝 象 機 的 自 動 增 益 控 制 （ AGC） 電 路 去 探 測 視 頻 信 號 的 電 平 ， 適 時 地 開關 AGC， 從 而 使 攝 象 機 能 夠 在 較 大 的 光 照 范 圍 內 工 作 ， 此 即 動 態(tài) 范 圍 ， 即 在 低 照 度 時自 動 增 加 攝 象 機 的 靈 敏 度 ， 從 而 提 高 圖 像 信 號 的 強 度 來 獲 得 清 晰 的 圖 像 。 具 有 AGC功 能 的 攝 像 機 ， 在 低 照 度 時 的 靈 敏 度 會 有 所 提 高 ， 但 此 時 的 噪 點 也 會 比 較 明 顯 。 這是 由 于 信 號 和 噪 聲 被 同 時 放 大 的 緣 故 。