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失调与增益调整

说明

本文是笔者在工作中遇到的一些疑问，由此查询相关资料整理而书。相信从事电子电路设计的朋友也会遇到类似或相同的问题，所以借此机会向大家分享这份《CMOS电路应用笔记》，一是希望同行朋友少走弯路，减少不必要的时间浪费，再是希望通过这份笔记认识更多从事电子行业的朋友，共同探讨电子设计的技术问题，联系方式见页眉处。

注：

1 如联系，QQ验证请注明“电子电路设计”，发QQ邮件时请注明字母序号，联系方式：1469908375@https://www.wendangku.net/doc/bb17686939.html,

2 以下是笔者几年来收集整理的电子资料，如果哪位朋友有兴趣可以发E-mail免费索取，索取资料时请注明字母序号：? A 40个C51程序源代码（40个项目文件夹，6MB左右）? B 电压基准与时间基准详解（1个PDF文件，424KB）

? C 运算放大器的设计，应用与分析（6个PDF文件，2.22MB）? D 模拟与数字的桥梁选型，注意事项及特性分析（3个PDF 文件，1.43MB）

? E 硬件系统的‘接地’问题及噪声分析（2个PDF文件，401KB）

? F 半导体测试基础（1个PDF文件，5.22MB）

?G 某知名公司内部培训讲义（1个PDF文件，3.25MB）

09 失调与增益调整

问：我想向你请教有关失调与增益调整问题。

答：一般不用调整，除非你必须调整。有两种方法供选择：(1)使用好用的设备、元器件和不需调整便能满足要求的电路；(2)利用数字技术，对应用系统进行软件调整修正。当你考虑到电路设计、温度、振动和寿命对性能和稳定性的影响时，有时使用调整电位器 (连接到待调整的器件上)可以调整掉由此产生的影响，当然还包括附加的技术处理和复杂的调整要求。

问：我大概明白了一些，那么请你详细地说一下我应该如何调整模拟电路中的失调误差和增益误差?

答：按正常顺序是先调整输入端。如果你考虑到被调整电路的传输特性，那么通常使用直接方法。线性模拟电路简化的理想传输特性(例如放大器、ADC或DAC)由下式给出：

OP=K×IP(1)

其中OP为输出，IP为输入，K为比例因子。应该注意的是，上述简化形式蕴含着许多问题：ADC的量化误差，当输入和输出形式不同(如输入为电压，输出为电流)时K的量纲问题，故意偏置及其它问题。在实际(非理想)电路中，折合到输入端的失调误差和增益误差分别为OS和ΔK,从而上述公式还可写成：

OP=(K+ΔK)×(IP+OS)(2)

OP=K×IP+K×OS+ΔK×IP+ΔK×OS(3)

方程(2)和(3)是不完整的，因为它们仅考虑了输入失调，但这种情况最普遍。后面将讨论输入失调与输出失调独立的系统。

从式(3)可以看出，当未知的失调出现时，直接调整增益是不合理的，必须首先调整失调。设IP为零，调整失调使OP也为零。然后调整增益，当输入接近满度(FS) 时，调整增益使输出符合式(1)。

问：对于双极性ADC和DAC应该如何调整?

答：许多ADC和DAC可在单极性和双极性工作方式之间进行切换，这种器件不论用于何种场合都应在单极性方式下进行失调和增益调整。即使转换器不可能工作在单极性场合，或者转换器仅工作在双极性的场合，或者在其它情况下都是如此。

可以把双极性转换器看作失调很大的单极性转换器(确切地说，失调为1 MSB，即满度范围的一半)。根据所使用转换器的结构，这种双极性失调(BOS)不一定受增益调整的影响。如果受到影响，那么公式(1)可写成：

OP=K×(IP-BOS)(4)

在这种情况下，其增益调到接近满度FS(正满度或负满度均可，但通常调到正满度) 之后，在模拟零点调整失调。对于双极性失调，在DAC失调范围内的情况下，这是一种常用方法。

如果双极性失调不受增益调整的影响，那么公式(1)可写成：

OP=K×IP-BOS(5)

在这种情况下，在负FS调整失调，而在正FS(或非常接近FS)调整增益。大多数ADC 都采用这种方法，而且DAC 的双极性失调使用运算放大器和外接电阻，也采用这种方法。当然，总是应该按照产品说明中建议的方法进行调整，但是如果产品说明中没有给出调整方法，通常DAC应在模拟零点调整失调，而ADC应在负FS处调整失调或者ADC与DAC都在接近正FS处调整失调。

问：为什么你总强调“接近”FS?

答：放大器和DAC都在零点和FS处进行调整。在DAC中，全“1”最大可能数字输入应该产生低于“满度”1 LSB 的输出，这里的“满度”认为是某一常数乘以基准。因此 DAC的输出是基准电压与数字输入的归一化乘积。ADC 不在零点和FS处调整。理想的ADC输出是被量化的，而且第一个输出变迁点(从00… 00到00…01)发生在全0标称值以上1/2 LSB。随后相继的变迁点均发生在模拟输出每增加1 L SB处直至最后一个变迁点发生在FS以下1/2 LSB 处。非理想ADC的调整首先是将其输入值设置到要求变迁的标称值，然后调整ADC输出直至使其输出在变迁点对应的两个数字量之间有同样的跳动。因此，ADC的失调应在输入对应第一个变迁点(即零点或-FS以上1/2 LSB，它“接近” 零点或“接近”-FS)，而增益则应在最后一个变迁点(即正+FS以下1 1/2 LSB，它“接

近”+ FS)。这种方法虽然在失调调整过程中，在增益误差和失调误差之间会产生一定的相互影响，但是小得微不足道。

问：要求在“接近”FS而又不在FS处进行调整，还会带来其它异常后果码 ?

答：同步电压频率转换器(SVFC)当其输出频率和谐地与其时钟频率相关时，即其输出频率非常接近时钟频率的1/2，1/3或1/4时，容易出现注入锁相(injection locking) 现象。SVFC的FS等于1/2时钟频率。在这种情况下进行调整时会使问题恶化。因此建议SVFC 的增益调整应在FS的95% 附近。

问：“输入”和“输出”失调调整对电路有什么要求?

答：像仪表放大器和隔离放大器这种电路通常都有两级直流增益，而且输入级增益是可变的。所以两级放大器具有输入失调IOS、输出失调OOS，第一级增益K和输出级单位增益，在零输入时输出OP为：

OP=OOS+K×IOS(6)

由式(6)显然可以看出，如果增益恒定，我们仅调整IOS或OOS使总失调为零(另外，如果输入级采用长尾对双极型晶体管，当对IOS和OOS都进行调整时会得到更好的失调温度系数；但对于长尾对FET则不必调整)。如果第一级增益改变，那么IOS与OOS失调都得重新调整。

IOS与OOS是一种反复调整的过程。在零输入时，增益设置到最大，调整IOS 直至输出为零。然后增益减到最小，再调整OOS直到输出也为零。重复上述IOS与OOS调整过程直至无需进一步调整为止。在IOS与OOS都未调整到零之前不应调整增益。在失调调整过程中对于实际增益数值的高或低并不重要。

问：对于增益和失调调整应该采用什么样的电路?

答：许多放大器(即少数转换器)都有调整增益和失调的端子，但也有许多器件没有。失调调整通常在两个指定调整端之间接一个电位器，其滑动端(有时经过一只电阻)接到电源的一端。正确的接线及选用元件的数值请见所用器件的产品说明。运算放大器失调调整中最常见的一个差别就是校正电位器的偏移值不同以及应该连接的电源电压不同。

在没有提供单独的失调调整端子的情况下，一般对输入信号端加一个恒定的失调调整量。有两种基本失调调整方法，如图11　1(a)和11　1(b)所示。当系统使用差分输入运算放大器作为反相器(最常见)的情况下，使用图11　1(a)所示的方法对器件失调而不是对系统失调作修正最合适。在单端输入方式中，方法11　1(b)用来对系统失调进行调整，但对于失调很小的器件，应该尽量避免使用这种方法，因为常需要(与信号输入电阻相比)很大阻值的求和电阻，目的在于：(1) 避免求和点输入信号过大；(2)保持适当的比例修正电压并且把差分电源电压漂移的影响衰减到最小。另外在两个电源与电位器之间连接一个电阻，常常有助于增加调整分辨率和减小功耗。

图11　1 两种失调调整方法

凡是为电路提供增益调整的场合，一般都由可变电阻器构成，有关其具体阻值和接线方法请见有关器件的产品说明。在不需要增益调整的场合，可用固定电阻器来取代可变电阻器，固定电阻器的阻值为推荐调整电位器最大阻值的一半。

在不提供增益调整的场合，如果没有附加的可调增益级，总不能在外部进行调整。例如，考虑含有梯形网络的DAC。如果使用的梯形网络按电流方式工作(图11　2(a))，那么在基准端的输入阻抗不随输入的数字量变化，而且DAC的增益可以用一个与基准输入端或反馈电阻相串联变化很小的电阻进行调整。然而，如果使用的DAC 按电压方式工作(图11　2(b))，那么基准输入阻抗与输入数字量有关，而且其增益只能通过改变基准电压(这一般是不可能的)，或者通过改变缓冲放大器的增益来调整。

因此，不提供增益调整的那种电路的增益调整的可能性要根据具体情况而定，只能具体情况具体分析。

问：我没有足够的调整范围来调整电路的失调电压，并且它似乎有比我预计还要多的漂移。

答：我敢断定这个放大器是双极型的，并且你正在使用它的失调调整端来调整其它线路的电压。问：你估计将会怎样?

答：一个运算放大器的失调调整范围通常是最低

等级器件的失调最大值的2至5倍( 有些早期的运算放大器还要大很多，但这么宽的范围是不理想的)。假如最低等级的运算放大器失调电压V OS 最大值为±1 mV，那么很可能使用推荐电路的调整范围是 ±2～±5 mV。

假如你正在试验的需要补偿的外部电压比这个折合到输入端的电压还要大，那么你就不能用运算放大器的失调调整端来调整。

假如你正在使用的是双极型输入的运算放大器，那么使用失调调整端来调整外部失调是不妥当的，因为漂移将会增加。这究竟是为什么呢?这是因为输入级的温度漂移正比于内部失调电压。假如内部失调电压已被调整到最小，那么漂移也最小；假如用外部失调电压来补偿放大器，那么漂移是不能减小的。但以场效应管(FET)为输入级的运算放大器，它的失调电压和漂移是独立的，所以它的失调可以用一个小系统来单独调整。

自动增益控制的原理图

自动增益控制的原理图自动增益控制的原理 [导读] 自动增益控制的原理自动增益控制电路的作用是：当输入信号电压变化很大时，保持接收机输出电压恒定或基本不变。具体地说，当关键词：增益控制左手665收藏时间：2015年4月23日20：17 自动增益控制的原理自动增益控制电路的作用是：当输入信号电压变化很大时，保持接收机输出电压恒定或基本不变。具体地说，当输入信号很弱时，接收机的增益大，自动增益控制电路不起作用；当输入信号很强时，自动增益控制电路进行控制，使接收机的增益减小。这样，当接收信号强度变化时，接收机的输出端的电压或功率基本不变或保持恒定。因此对AGC电路的要求是：在输入信号较小时，AGC电路不起作用，只有当输入信号增大到一定程度后，AGC电路才起控制作用，使增益随输入信号的增大而减少。为实现上述要求，必须有一个能随外来信号强弱而变化的控制电压或电流信号，利用这个信号对放大器的增益自动

进行控制。由上述分析可知，调幅中频信号经幅度检波后，在它的输出中除音频信号外，还含有直流分量。直流分量大小与中频载波的振幅成正比，也即与外来高频信号成正比。因此，可将检波器输出的直流分量作为AGC控制信号。AGC电路工作原理：可以分为增益受控放大电路和控制电压形成电路。增益受控放大电路位于正向放大通路，其增益随控制电压U0而改变。控制电压形成电路的基本部件是AGC 整流器和低通平滑滤波器，有时也包含门电路和直流放大器等部件。放大器及AGC电路上图是由两级AD603构成的具有自动增益控制的放大电路, 图中由Q1 和R8 组成一个检波器,用于检测输出信号幅度的变化。由CA V 形成自动增益控制电压V A GC , 流进电容CA V 的电流Q2 和Q1两管的集电极电流之差, 而且其大小随A2 输出信号的幅度大小变化而变化, 这使得加在A1、A2 放大器1 脚的自动增益控制电压V A GC 随输出信号幅度变化而变化, 从而达到自动调整放大器增益的目的。左手665收藏时间：2015年4月23日20：17

自动增益控制放大器

摘要自动增益控制电路已广泛用于各种接收机、录音机和信号采集系统中，另外在光纤通信、微波通信、卫星通信等通信系统以及雷达、广播电视系统中也得到了广泛的应用。本课题主要研究应用于音频放大的前级电压放大，因此设计的电路需容纳的频带范围应较宽，以至于使语音信号通过。由于语音信号的频带范围为300hz-3400hz,所以该电路所应设计的频带范围应在300hz-3400hz之间，并且电路应该实现增益的闭环调节，通过此电路可以实现增益的自动调整，以至于使音频信号强时自动减小放大器的倍数，信号弱时自动增大放大器的倍数，从而实现音量的自动调节。本课题介绍了自动增益控制的概念原理以及对自动增益控制放大器各部分的工作原理，最后对系统的测试结果以及设计与实现中应该注意的问题也做了详细分析。关键词：放大器；自动增益控制；电压跟随器；滤波器目录摘要 (1) 第1章引言 (4) 第2章自动增益控制 (4) 2. 1自动增益控制 (4) 2.1.1自动增益控制基本概念 (4) 2.1.2自动增益控制的原理 (5) 2. 2自动增益控制放大器 (5) 2. 3本课题的研究内容 (5) 第3章自动增益控制放大器的电路设计 (6) 3. 1方案选择 (6) 3. 2压随器工作原理 (8) 3. 3整流电路工作原理 (8) 3. 4滤波 (9) 3. 5增益控制工作原理 (9) 3. 6电路元器件选择 (10) 3.6.1运算放大器 (10) 3.6.2场效应管的选择 (11) 3.6.3其他元器件的选择 (11)

第4章放大器电路的调试及实验结果 (12) 4. 1放大器电路的调试 (12) 4. 2实验结果及存在问题 (12) 第5章总结 (14) 参考文献 (15) 附录 (15) 致谢 (16) 第1章引言随着微电子技术、计算机网络技术和通信技术等行业的迅速发展，自动增益控制电路越来越被人们熟知并且广泛的应用到各个领域当中。自动增益控制线路，简称AGC线路，A是AUTO（自动），G是GAIN（增益），C是CONTROL（控制）。它是输出限幅装置的一种，是利用线性放大和压缩放大的有效组合对输出信号进行调整。当输入信号较弱时，线性放大电路工作，保证输出声信号的强度；当输入信号强度达到一定程度时，启动压缩放大线路，使声输出幅度降低，满足了对输入信号进行衰减的需要。也就是说，AGC功能可以通过改变输入输出压缩比例自动控制增益的幅度，扩大了接收机的接收范围，它能够在输入信号幅度变化很大的情况下，使输出信号幅度保持恒定或仅在较小范围内变化，不至于因为输入信号太小而无法正常工作，也不至于因为输入信号太大而使接收机发生饱和或堵塞。在电路设计中，这种线路被大量的运用，从尖端的雷达技术到日常的广播电视系统，自动增益控制无疑很好的解决了各种技术中存在的信号强度问题。目前，实现自动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来实现自动增益控制的目的，也就是自动增益控制放大器。第2章自动增益控制 2. 1自动增益控制 2. 1. 1自动增益控制的基本概念接收机的输出电平取决于输入信号电平和接收机的增益。由于各种原因，接收机的输入信号变化范围往往很大，信号弱时可以是一微伏或几十微伏，信号强时可达几百毫伏，最强信号和最弱信号相差可达几十分贝。这个变化范围称为接收机的动态范围。影响接收机输入信号的因素很多，例如：发射台功率的大小、接收机离发射台距离的远近、信号在传播过程中传播条件的变化(如电离层和对流层的骚动、天

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三菱伺服增益调整方法及参数设置 (3) 调整步骤 ①使伺服电机加减速运行，负载惯量比推断机构会根据伺服电机的电流和电机速度实时推断负载惯量比。推断的结果被写入参数No.PB06(对伺服电机负载惯量比)。这个结果可在伺服放大器设置软件的状态显示画面下确认。 ②在已经知道负载惯量比的值和不能很好地进行推断时，设定为“自动调整模式 2”(参数No.PA08：0002)，使负载惯量比的推断停止，请手动设定负载惯量比(参数No.PB06)。

伺服电机增益调整的原理及方法

伺服电机增益调整的原理及方法实际上私服电机的电流，速度，位置三环控制，其中的每一个环节基本上控制原则都可以采用PID 控制，或是其他的控制算法，我不是很清楚你的增益调整指的是什么？，一般来说对于PID里面来讲，增益应该就是P的作用，就是一个简单的比例控制环节，结合积分和微分，从而实现PID的整定。按理说如果能够调整好PID的三个参数，那么你的控制系统一定就可以稳定工作了。我有个总结：PID的基本作用如下：比例（P）控制比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。积分（I）控制在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。微分（D）控制在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。最后，在结合各种先进的控制算法，比如遗传算法GA，模拟退火算法SA，禁忌搜索算法TS，神经网络ANN等等，从而实现各种控制方案，不过工程上面的还是以PID为主，容易实现，而且效果明显。自动增益调整（pr21设置为1）下，刚性是通过调节pr22参数来提高响应性的，而且pr20惯量比也是自行整定的，但由于大部分机械机构不是很合理会导致整定出来的惯量比很高，刚性就加不上去。所以如果自动增益调整不行的话，还是手动增益调整（pr21=0）来调节，通过调节pr10，11，12，14，运动伺服一般都是三环控制系统，从内到外依次是电流环速度环位置环。 1、首先电流环：电流环的输入是速度环PID调节后的那个输出，我们称为“电流环给定”吧，然后呢就是电流环的这个给定和“电流环的反馈”值进行比较后的差值在电流环内做PID调节输出给电机，“电流环的输出”就是电机的每

增益可自动调节的电压放大器

电子技术基础课程设计报告学校名称：所在院系：课程名称：电子技术基础课程设计班级：实验时间：

目录内容摘要…………………………………………P2 第一部分设计方案的技术指标与思路的确定……………………P2-P3 第二部分设计方案选择与比较………………………………P3-P4 第三部分硬件电路 1、频率脉冲产生电路……………………………P4-P5 2、固定的放大倍数控制电路……………………P6 3、74LS90构成的计数器电路……………………P6-P8 4、放大倍数的调制及选择电路…………………P8-P10 5、74LS47译码及数码显示电路……………… P10 6、反馈电阻选择电路…………………………P10-P11 7、放大电路………………………………P11-P13 第四部分实验总电路图……………………………………P14 元件清单………………………………………P15 第五部分电路的搭建和调试………………………………P16-P17 第六部分实验结果的记录与分析………………………………P18-P20 第七部分心得体会……………………………………P20 参考文献………………………………………P20

内容摘要本设计主要采用分立元件与集成元件搭建而成，基本部分以UA741为放大核心，辅以频率产生电路、延时/固定放大倍数控制电路、脉冲计数电路、显示电路、选择电路以及人机接口电路组成。当固定放大倍数控制端为低电平时，555芯片产生1Hz的方波脉冲与自身相或后通过计数器74LS90对脉冲进行计数，再通过双四选一选择器CD4052（U6）对74LS90的计数结果进行选择后分别送入数码管译码器74LS47和放大反馈电阻选择电路，数码管译码器74LS47驱动数码管显示当前的放大倍数。当固定放大倍数控制端为高电平时，计数器输出的信号失效，此时数码管译码器74LS47驱动数码管显示当前的放大倍数为放大倍数调制端输入的放大倍数。放大第一部分为反馈电阻选择电路CD4052（U8）和第一个反相比例放大电路，反馈电阻选择电路CD4052（U8）通过送入的信号不同选择不同的反馈电阻实现对输入信号相应数码管示数的反相放大电压。第二部分再经过第二个反相比例放大器对上一级放大的电压再一次反相则得到相应数码管示数的同相放大电压。第一部分设计方案的技术指标与思路的确定一、设计题目及主要技术指标 1、设计题目增益可自动变换的放大器设计 2、主要技术指标 1）放大器增益可在0.5倍、1倍、2倍、3倍四档间巡回切换，切换频率为1Hz。 2）也能够对任意一种增益进行选择和保持，能长时间显示当前

伺服电机的控制模式及增益调整的详细说明

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伺服电机的控制模式及增益调整
第一部分：伺服电机的控制模式详解
1. 转矩控制：转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小，具体表现为例如 10V 对应 5Nm 的话，当外部模拟量设定为 5V 时电机轴输出为 2.5Nm:如果电机轴负载低于 2.5Nm 时电机正转，外部负载等于 2.5Nm 时电机不转，大于 2.5Nm 时电机反转（通常在有重力负载情况下产生）可以通过即时的改变模拟量的。设定来改变设定的力矩大小，也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。应用主要在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中，例如饶线装置或拉光纤设备，转矩的设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。 2. 位置控制：位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度，也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制，所以一般应用于定位装置。 3. 速度模式：通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外环 PID 控制时速度模式也可以进行定位，但必须把电机的位置信号或直接负载的位
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置信号给上位反馈以做运算用。位置模式也支持直接负载外环检测位置信号，此时的电机轴端的编码器只检测电机转速，位置信号就由直接的最终负载端的检测装置来提供了，这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差，增加整个系统的定位精度。 4. 全闭环控制模式：全闭环控制是相对于半闭环控制而言的。首先我们来了解下半闭环控制，半闭环是指数控系统或 PLC 发出速脉冲指令。伺服接受指令，然后执行，在执行的过程中，伺服本身的编码器进行位置反馈给伺服，伺服自己进行偏差修正，伺服本身误差可避免，但是机械误差无法避免，因为控制系统不知道实际的位置。而全闭环是指伺服接受上位控制器发出速度可控的脉冲指令，伺服接受信号执行，执行的过程中，在机械装置上有位置反馈的装置，直接反馈给控制系统，控制系统通过比较，判断出与实际偏差，给伺服指令，进行偏差修正，这样控制系统通过频率可控的脉冲信号完成伺服的速度环控制，然后又通过位置传感器（光栅尺、编码器）完成伺服的位置环控制，这种把伺服电机、运动控制器、位置传感器三者有机的结合在一起的控制模式称之为全闭环控制
第二部分伺服电机 PID 三环对伺服控制的影响
伺服电机一般为三个环控制，所谓三环就是 3 个闭环负反馈 PID 调节系统。从内向外分别为电流环、速度环、位置环
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1-自动增益控制算法及其实现

自动增益控制算法（AGC）及其实现传统模拟放大电路的自动增益控制电路用输出信号作为反馈控制量对前向放大电路的增益进行动态调整，简称AGC。自动增益控制电路广泛应用于信号处理过程中，其性能直接影响信号处理的质量。实现自动增益的方法较多，一般情况下可以使用模拟自动增益控制电路或数字自动增益控制电路。使用数字信号处理算法实现自动增益控制功能，具有成本低、易实现的优点，有利于信号的进一步分析和处理，完全能够代替传统的自动增益控制电路。本设计要求利用DSP 实验系统实现AGC功能，使得当输入信号的幅度在一定范围内变化时，输出信号的幅度基本保持一个恒定值，达到自动增益控制的目的。 1.实验目的掌握DSP集成开发环境CCS的使用和调试方法；掌握DSP片上资源和片外资源访问的基本方法；学习A/D、D/A的工作原理和编程方法。掌握利用DSP进行信号采集以及信号回放的方法。掌握DSP的自动增益控制算法以及编程实现方法，提高学生系统地思考问题和解决实际问题的能力。 2.技术指标及设计要求基本部分：编程实现：当输入不同幅度的正弦信号时，输出信号的幅度可以稳定在一个基本固定的范围内。发挥部分：输入一段音频信号，并实现这段音频信号幅度的实时自动增益控制，即当输入信号幅度大时自动减小其幅度，而当输入信号幅度小时增大其幅度。当输入信号过大时，能够自动降低A／D 转换器增益，防止A／D 转换器过载的发生。 3. 设计思路用DSP对输入信号进行ADC采样，确定输入信号的峰值。根据输出信号的保持幅度与输入信号的峰值的关系来调节自动控制增益来保持输出信号平稳，并将AGC处理后的信号经过DAC 输出。在此过程中，DSP处理器必须监测A／D转换器的输入电平，防止A／D 转换器过载的发生。如果在A／D转换器的采样数据中持续接收到了一些强信号，就必须降低A／D 转换器增益防止A ／D转换器过载。下图为对增益调整的流程。首先由DSP对输入信号的幅值进行计算，得到最大幅值AGC-IN,然后将幅值和预定的自动增益控制值AGC-CFOO相乘的结果和已经设定的门槛值AGC-MAX进行比较，若没有超出门槛值,就说明输出信号在可接受的范围内,不必调整自动增益值，将音频数据和预定的自动增益值相乘的结果AGC-OUT作为输出信号；若幅值和预定的自动增益控制值相乘的结果超出了已经设定的门槛值，就说明输入信号的幅度过大，需要调整自动增益控制值，将自动增益控制值调小后和幅值继续相乘，直到达到输出的要求才准许将输入信号和调整后的自动增益控制值相乘得到的值作为输出信号。

自动增益控制

任务一自动增益控制(AGC)电路任务引入在调幅接收机接收电台信号时, 由于各发射台功率有大有小,发射台离接收机的距离远近不一,无线电波传播过程中的多径效应与衰落等原因, 使接收天线上感生的有用信号强度相差非常悬殊,而且往往有很大的起伏变化(约为～

倍),有可能在接收微弱信号时造成某些电路(例如检波器)不能正常工作而丢失信号,而在接收强信号时造成放大电路的阻塞(非线性失真)。为此在接收设备中几乎无例外的都必须采用自动增益控制电路,用来压缩有用信号强度的变化范围。任务分析自动增益控制(AGC)电路的作用就是能根据输入信号的电压的大小,自动调整放大器的增益,使得放大器的输出电压在一定范围内变化。自动增益控制(AGC)电路就是无线电接收设备中的重要电路,用来保证接收幅度的稳定。它一般由电平检测器(峰值检波电路)、低通滤波器、直流放大器、电压比较器、控制电压产生器与可控增益放大器组成。其中可控增益放大器就是实现增益控制的关键。相关知识一、自动增益控制电路(AGC)的工作原理 1.AGC的作用自动增益控制电路的作用,就是在输入信号幅度变化很大的情况下,自动保持输出信号幅度在很小范围内变化的一种自动控制电路。 2.AGC的组成框图自动增益控制电路的组成框图如图3-5-2所示。

图3-5-2 自动增益控制电路的组成框图由图可见,自动增益控制电路可以瞧成由反馈控制器与(控制)对象两部分组成,其中反馈控制器由电平检测器、低通滤波器、直流放大器、电压比较器与控制电压产生器组成,被控对象就是可控增益放大器。可控增益放大器的输入信号就就是AGC电路的输入信号

增益可自动调节放大器

Project 1 课程设计 1 课程的目的与要求：加深对模拟电路、数字逻辑电路、通信电子线路等相关课程理论知识的理解与工程实际运用，掌握电子系统设计的基本方法和一般规则，培养学生的创新思维能力和综合应用能力，要求学生完成一个电子系统设计的全过程：选题-方案论证-电路设计-电路实现-安装调试-系统测试-总结报告。题目1：增益可自动变换放大器的设计与实现一、设计任务和要求（一）设计一个增益可自动变换的直流放大器。 1、输入信号为0～1V时，放大3倍；为1V～2V时，放大2倍；为2V～3V时，放大1倍；3V以上放大0.5倍； 2、通过数码管显示当前放大电路的放大倍数，用0、1、2、3分别表示0.5、1、 2、4倍即可。 3、电源采用±5V电源供电。 LM324,74138,LM339,CD4066,74LS00,74LS04,LED,R （二）设计一个增益可自动变换的交流放大器。 1、放大器增益可在1倍2倍3倍4倍四档间巡回切换，切换频率为1Hz； 2、对指定的任意一种增益进行选择和保持，保持后可返回巡回状态; 3、通过数码管显示当前放大电路的放大倍数，用0、1、2、3分别表示1、2、3、4倍即可。 4、电源采用±5V电源供电。

555,74LS161(COUNTER),74LS139(DECODER),LM324(OPERATION AMPLIfier),4066(SWICTH),7400(NAN),7402(NOR),7404(INVERTER),SWITCH,R ,C.dcd-hex4位二进制同步加法计数器74161 二、设计思路提示 1．放大器的电压增益由反馈电阻控制，因此只要改变反馈电阻就能切换不同的增益范围。 2．增益的自动切换，可通过译码器输出信号，控制模拟开关来实现不同反馈电阻的接入； 3、对某一种增益的选择、保持通常由芯片的地址输入和使能端控制；在进行巡回检测时，其增益的切换频率由时钟脉冲决定。三、课程设计步骤 1.查阅资料，确定上述两个设计任务的设计方案； 2.设计电路，进行参数计算； 3.用MULTISIM软件进行仿真； 4.电路的安装、调试与测试； 5.写出设计总结报告。四、参考元器件集成电路：NE555（timer）、 LM324（带有真差动输入的四运算放大器）、 74LS138（为3 线－8 线译码器）、 CC40106（六反向施密特触发器.主要用于波形整形,抗干扰）, CC4013（双上升沿D触发器）、 CD4052（模拟开关）、 CC4066（双向模拟开关）、 74LS161（4位二进制同步加法计数器）， CD4011（四-2输入与非门集成电路）， 741（运算放大器）等（集成电路器件资料，自己查阅）。电阻若干；电容若干； LED若干； LED数码管；五：验收要求 1.系统功能软件仿真 2.实际系统的试用

交流伺服系统主要参数与设定方法

当减小设定值。数值太小,造成响应变慢,可能会引起振荡。位置比例增益参数,主要是设定位置环调节器的比例增益,设置值越大,增益越高,刚度越大,相同频率指令脉冲条件下,位置滞后量越小,但数值太大可能会引起振荡或超调。电流积分频率参数,主要是设定电流环调节器的积分频率,积分频率越大,积分速度越快,电流跟踪误差越小,但积分时间太大,会产生噪声或振荡,该参数仅与伺服驱动器和电机有关,与负载无关,一般情况下,电机的电磁时间常数越大,积分频率越小,在系统不产生振荡的条件下,该参数尽量设定的较大。电流比例增益参数,主要是设定电流环调节器的比例增益,增益越高,电流跟踪误差越小,但增益太高,会产生噪声或振荡,该参数仅于伺服驱动器和电机有关,与负载无关,在系统不产生振荡的条件下,该参数尽量设定的较大。电流或转矩指令低通滤波器截止频率参数,该参数主要是设定电流或转矩指令低通滤波器截止频率,用来限制电流或转矩指令频带,避免电流或转矩冲击和振荡,使电流、转矩响应平稳。调节改变交流伺服参数,伺服系统的特性发生改变,比例环节参数的作

自动增益控制(AGC)

任务一自动增益控制（AＧＣ）电路任务引入在调幅接收机接收电台信号时, 由于各发射台功率有大有小,发射台离接收机得距离远近不一,无线电波传播过程中得多径效应与衰落等原因, 使接收天线上感生得有用信号强度相差非常悬殊，而且往往有很大得起伏变化（约为~倍），有可能在接收微弱信号时造成某些电路（例如检波器）不能正常工作而丢失信号，而在接收强信号时造成放大电路得阻塞（非线性失真）。为此在接收设备中几乎无例外得都必须采用自动增益控制电路，用来压缩有用信号强度得变化范围. 任务分析自动增益控制(ＡGＣ）电路得作用就是能根据输入信号得电压得大小，自动调整放大器得增益,使得放大器得输出电压在一定范围内变化。自动增益控制(AGＣ）电路就是无线电接收设备中得重要电路，用来保证接收幅度得稳定.它一般由电平检测器（峰值检波电路）、低通滤波器、直流放大器、电压比较器、控制电压产生器与可控增益放大器组成.其中可控增益放大器就是实现增益控制得关键. 相关知识一、自动增益控制电路(ＡGC）得工作原理１.AGＣ得作用自动增益控制电路得作用，就是在输入信号幅度变化很大得情况下,自动保持输出信号幅度在很小范围内变化得一种自动控制电路. ２．AGC得组成框图自动增益控制电路得组成框图如图3-5-2所示。

图3-５—２自动增益控制电路得组成框图由图可见,自动增益控制电路可以瞧成由反馈控制器与（控制)对象两部分组成,其中反馈控制器由电平检测器、低通滤波器、直流放大器、电压比较器与控制电压产生器组成,被控对象就是可控增益放大器。可控增益放大器得输入信号就就是AGＣ电路得输入信号，其输出信号,其增益为增益受控制电压得控制，控制电压就是由电压比较器产生得误差电压经控制电压产生器变换后得到得,增益可写成或，它就是误差电压（或控制电压)得函数.也可以直接用误差电压控制可控增益放大器得增益。３.AGC各单元电路得功能与基本工作原理 (1）电平检测器电平检测器得功能就是检测出输出信号得电平值，通常由振幅检波器实现,它得输出与输入信号电平成线性关系,其输出电压为。（2）低通滤波器环路中得低通滤波器具有非常重要得作用。由于发射功率变化、距离远近变化、电波传播衰落等引起信号强度得变化就是自动增益控制电路需要进行控制得范围，这些变化比较缓慢,而当输入为调幅信号时，调幅波得幅值变化就是传递信息得有用幅值变化.这种变化不应被自动增益控制电路得控制作用减弱或抵消（此现象称为反调制），由于两类信号得变化频率不同，就可以恰当选择环路得频率响应特性，适当地选择低通滤波器得传输特性,使环路对高于某一频率得调制信号得变化无响应，而对低于这一频率得缓慢变化具有抑制作用. （3）直流放大器直流放大器将低通滤波器输出得电平值进行放大后送至电压比较器，由于电平检测器输出得电平信号得变化频率很低，例如几赫左右，所以一般均采用直流放大器进行放大。

自动增益控制(AGC)

任务一自动增益控制（AGC）电路任务引入在调幅接收机接收电台信号时，由于各发射台功率有大有小，发射台离接收机的距离远近不一，无线电波传播过程中的多径效应和衰落等原因，使接收天线上感生的有用信号强度相差非常悬殊，而且往往有很大的起伏变化（约为～倍），有可能在接收微弱信号时造成某些电路（例如检波器）不能正常工作而丢失信号，而在接收强信号时造成放大电路的阻塞（非线性失真）。为此在接收设备中几乎无例外的都必须采用自动增益控制电路，用来压缩有用信号强度的变化范围。任务分析自动增益控制（AGC）电路的作用是能根据输入信号的电压的大小，自动调整放大器的增益，使得放大器的输出电压在一定范围内变化。自动增益控制（AGC）电路是无线电接收设备中的重要电路，用来保证接收幅度的稳定。它一般由电平检测器（峰值检波电路）、低通滤波器、直流放大器、电压比较器、控制电压产生器和可控增益放大器组成。其中可控增益放大器是实现增益控制的关键。相关知识一、自动增益控制电路（AGC）的工作原理 1．AGC的作用自动增益控制电路的作用，是在输入信号幅度变化很大的情况下，自动保持输出信号幅度在很小范围内变化的一种自动控制电路。 2．AGC的组成框图自动增益控制电路的组成框图如图3-5-2所示。

图3-5-2 自动增益控制电路的组成框图由图可见，自动增益控制电路可以看成由反馈控制器和（控制）对象两部分组成，其中反馈控制器由电平检测器、低通滤波器、直流放大器、电压比较器和控制电压产生器组成，被控对象是可控增益放大器。可控增益放大器的输入信号就是AGC电路的输入信号，其输出信号，其增益为增益受控制电压的控制，控制电压是由电压比较器产生的误差电压经控制电压产生器变换后得到的，增益可写成或，它是误差电压（或控制电压）的函数。也可以直接用误差电压控制可控增益放大器的增益。 3．AGC各单元电路的功能与基本工作原理（1）电平检测器电平检测器的功能是检测出输出信号的电平值，通常由振幅检波器实现，它的输出与输入信号电平成线性关系，其输出电压为。（2）低通滤波器环路中的低通滤波器具有非常重要的作用。由于发射功率变化、距离远近变化、电波传播衰落等引起信号强度的变化是自动增益控制电路需要进行控制的范围，这些变化比较缓慢，而当输入为调幅信号时，调幅波的幅值变化是传递信息的有用幅值变化．这种变化不应被自动增益控制电路的控制作用减弱或抵消（此现象称为反调制），由于两类信号的变化频率不同，就可以恰当选择环路的频率响应特性，适当地选择低通滤波器的传输特性，使环路对高于某一频率的调制信号的变化无响应，而对低于这一频率的缓慢变化具有抑制作用。（3）直流放大器直流放大器将低通滤波器输出的电平值进行放大后送至电压比较器，由于电平检测器输出的电平信号的变化频率很低，例如几赫左右，所以一般均采用直流放大器进行放大。（4）电压比较器经直流放大器放大后的输出电压与给定的基准电压进行比较，输出误差信号电压，当电压比较器增益为时，服从下列关系式

交流伺服系统增益参数设定方法

交流伺服系统主要参数与设定方法大部分交流伺服系统位置环均采用比例调节器,因为积分调节虽然可以减小系统的静差,但是会产生位置超调,在需要高跟随性能的系统中,可以增加位置前馈增益参数。速度环和电流环采用比例积分调节器。下面对影响数控机床性能的交流伺服主要参数及意义说明如下: 速度比例增益参数主要是设定速度环调节器的比例增益,增益越高,刚度越大,参数数值根据具体的伺服驱动系统型号和负载情况确定,一般情况下,负载惯量越大,设定值越大。速度积分频率参数(速度积分频率为速度积分时间的倒数) 主要是设定速度环调节器的积分频率,积分频率越大,刚度越大,参数数值根据具体的伺服驱动系统型号和负载情况确定,一般情况下,负载惯量越大,设定值越小。速度检测低通滤波器参数,主要是设定速度检测低通滤波器特性,数值越小,截止频率越低,电机产生的噪音越小,如果负载惯量很大,可以适当减小设定值。数值太小,造成响应变慢,可能会引起振荡。位置比例增益参数,主要是设定位置环调节器的比例增益,设置值越大,增益越高,刚度越大,相同频率指令脉冲条件下,位置滞后量越小,但数值太大可能会引起振荡或超调。电流积分频率参数,主要是设定电流环调节器的积分频率,积分频率越大,积分速度越快,电流跟踪误差越小,但积分时间太大,会产生噪声或振荡,该参数仅与伺服驱动器和电机有关,与负载无关,一般情况下,电机的电磁时间常数越大,积分频率越小,在系统不产生振荡的条件下,该参数尽量设定的较大。电流比例增益参数,主要是设定电流环调节器的比例增益,增益越高,电流跟踪误差越小,但增益太高,会产生噪声或振荡,该参数仅于伺服驱动器和电机有关,与负载无关,在系统不产生振荡的条件下,该参数尽量设定的较大。电流或转矩指令低通滤波器截止频率参数,该参数主要是设定电流或转矩指令低通滤波器截止频率,用来限制电流或转矩指令频带,避免电流或转矩冲击和振荡,使电流、转矩响应平稳。调节改变交流伺服参数,伺服系统的特性发生改变,比例环节参数的作用即成比例的反映控制系统的偏差信号,当偏差一旦产生,控制器立即产生控制作用,以减少偏差;积分环节作用主要用于消除静差,提高系统的无差度;滤波器的作用主要限制反馈指令的频带,避免外部干扰冲击和震荡,控制系统响应平稳。在数控机床系统中,交流伺服较高的速度、电流增益可以带来高的伺服系统响应和刚度,因此可以减小机床的加工形状误差,提高定位速度。因此做为一般的调整规则,在整个机床允许