基本介紹
- 中文名：增益控制器
- 外文名：attenuator; gain controller
- 性質：一種動態處理器
- 所屬學科：物理
- 相關概念：衰減器
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基本介紹
地震訊號強度變化很大。由檢波器收得的訊號，小的僅1μV，大的達1V以上，變化範圍廣達100萬倍；這樣大的變化是一般調製器所受不了的。以調頻、調寬器來講，用電晶體的電路最大輸入不得超過1.5V，而最小的輸入訊號受到調製器本身噪音和線性度的限制，一般僅可能是其最大輸出的1%左右，亦即是幾毫伏。看來超過幾毫伏的強地震波進入調製器問題不大，可是幾微伏就不成了。介於調製器與檢波器之間的錄製放大器就須擔負起這樣的任務，它不能讓強地震訊號有放大作用或者是不能有大的放大作用，而又要讓最小的地震訊號能放大到足夠的強度，也就是要將大動態範圍(120db)的地震訊號縮小成小動態範圍(40db )的地震訊號，然後進入調製器。這樣的放大器就必須附有增益控制。增益控制有多種形式，具有不同的控制特性。各種型號的儀器的增益都有一些不同的特點，而且一台儀器中一般都有幾種控制形式。如普通光點站一般都有自動振幅控制器(自控AVC) 和半自動振幅控制器。上海儀和西安儀有固定增益衰減控制，公共增益控制(公控GC)和壓制器控制三種。重慶儀有手控衰減器(手控)、自控、公控及指數控制器(指控)四種。法國CGG-59型磁帶儀有增益擴展控制器(擴展器EXP)，
增益抑制控制器( 抑制器HFS) 及自控三種。雖然名目繁多，但基本形式不外乎四類(圖1)，一類是增益受地震訊號強弱的控制，就是自控；一類是增益的變化成台階式突變，有的一級，有的幾級(圖1a)。淺層時增益小，中層、深層逐級增大，用手控制，如階躍控制、固定增益控制、手控、抑制器等都是；再一類增益是隨著時間逐漸增加的(圖1b)，有的成線性增加，更多的成指數增加(相應於地震波能量隨指數衰減)，如壓制器、指控、擴展器等，第四類就是公控，增益除掉成指數變化外還受地震訊號的影響，它不象自控增益隨地震訊號的強弱變化，也不象指控在延遲時間以後增益單純地隨指數增加，而是在地震訊號來時增益就固定，沒有地震訊號時就呈指數變化(圖1c)。這些控制器都有延遲時間、初始增益、最終增益(自控則是作用時間和固定輸出)幾個因素可供選擇。這些控制器都是產生可變化的電壓，加到一個橋式衰減器上改變橋的內阻以達到控制放大係數的目的。所以衰減橋可以說是增益控制的心臟。現將衰減橋和各類控制器分別敘述如下。
圖1a 公共增益控制
圖1b 指數增益控制
圖1c 公共增益控制增益衰減橋
自動增益控制器、公共增益控制器和壓制器等均通過衰減橋對放大器進行增益控制，衰減橋由四個二極體及二個電阻組成。
我們知道二極體導通時內阻很小，截止時內阻很大，其內阻之大小隨外加電壓大小而變。當外加正向電壓≥0.5V加在橋兩端時，橋內阻很小(二極體導通)，但電壓<0.5V時則內阻變得很大(二極體截止)。所以，改變橋控制電壓Eb，便可使其內阻Rv發生變化，這就相當於並接在放大節入口的一個分壓比可變的分壓器。如圖2所示，輸入放大器的電壓為：
圖2 增益衰減橋自動增益控制器
自動增益控制器實際上是動態處理器的一種，它的增益隨信號幅度的變化而有所變化，在放大器的級與級之間採用了負反饋電路，輸入的大信號經放大器放大後，在輸出端可能會引起失真，採用負反饋可以使放大級的增益降低，輸入的小信號為了在輸出端獲得比較好的信噪比，可以通過負反饋電路減弱負反饋量，使放大級的增益有所提升。為了改善放大器的頻響曲線，在反饋支路上往往要增添補償電感或電容，它們與電阻串聯，使低頻端和高頻端的負反饋量變小，根據負反饋電路的特點，負反饋量減小，負反饋後的放大量將得到提升，從而改變了頻響曲線低端和高端下降的現象。自動增益控制常用於無線電信號接收方面，無線電波在傳播過程中，受地球電離層變化的影響，地面收到的無線電信號可能時強時弱，在高頻段尤為明顯。為了減弱這種影響，必須採用自動增益控制器。
衰減器與增益控制器
增益控制器和衰減器是由於種種原因加在電路上的電阻性裝置，用來產生衰耗、減少串音、阻抗匹配及其它作用。當測試或校準電子儀器時，使用這類裝置的機會是很多的。有關數學計算或原理都不復。
增益控制器和衰減器是要在電路中形成損耗的電阻性裝置。
這時增益控制器或衰減器的作用是：
1.使負荷具有一固定或可變的功率衰減。
2. 使信號噪音衰減。
3. 匹配電源和負荷的阻抗。
4. 減少“串音”。
5. 在電路間加隔離。
衰減器與增益控制器之間的區別在於兩者在語義上和技術傳統上的差異。衰減器是固定的(從衰耗的角度來看)增益控制器是可調的。所有的衰減器都是增益控制器，但並不是所有的增益控制器都是衰減器。
衰減器減少至負荷的功率
衰減器或增益控制器可減少至負荷的功率，並且可對電源、負荷、或者兩者保持一恆定的阻抗。可調衰減器常常被用於可把汽車一直開進去的劇場和辦公室的個別揚聲器的控制。此衰減器在對電源(放大器輸出)保持一恆定阻抗的同時，使衰減了的功率通過揚聲器。由於電路是電阻性的，故功率損耗是以電阻器發熱來實現的。
衰減器作為噪音消減器
衰減器通過減少裝置的總增益來消減噪音。它在減弱信號(已被放大了的信號)的同時，還以減弱信號的同樣量值減弱噪音(此噪音應比信號低得多)。噪音的輸出相應減小以後，信號可以被再放大，這樣噪聲在輸出中的比例數就減小了，這取決於放大器的特性。
衰減器作為阻抗匹配裝置
阻抗被匹配時，傳輸的功率為最大值。如阻抗不被匹配，不但傳輸的功率達不到最大值，而且功率傳到負荷後還要被反射回電源。功率反射在任何傳輸運行中都是至關重要的。未被負荷接收的功率必然作為它用，或以熱駐波的形式，或以一些其它形式消耗掉。衰減器可以匹配阻抗，因此常常用來完成這一任務。
衰減器被用來減弱串音
所謂串音就是能量傳輸到所不希望達到的通道。當你打電話，特別是長途電話時，可能會聽到串音，串音是你在電話里聽到的別人的談話聲。一般說來音量遠小於與你所通話的那一方的音量。
串音一般是由於發射功率太大所致。功率量的大小僅需能將信息可靠地從—點傳到另一點為準。由於各系統與轉換系統的阻抗各不相同，往往一個系統中的功率都超過了“所需”的水平。衰減器和增益控制器常被置於系統中的某一點以使功率降低到所需水平；這便有效地減少了串音。
衰減器作為隔離器
當兩個電路共用一個電源時，需要隔離。因為一個電路中的工作會影響到另一電路的工作，所以需要隔離。你所熟悉的一個“隔離”例子就是電視天線的“耦合器”。除電源的耦合器以外，“耦合器”實際上是由許多衰減器組成。圖3是電視天線隔離器裝置的一個例子。
在圖3中，表明每架電視機在天線(電源)上都有20dB的信號衰耗，可是電視機1與2之間卻具有40dB的隔離。
圖3 天線耦合器