El control automático de ganancia ( AGC ) es un circuito regulador de retroalimentación de bucle cerrado en un amplificador o cadena de amplificadores, cuyo propósito es mantener una amplitud de señal adecuada en su salida, a pesar de la variación de la amplitud de la señal en la entrada. El nivel de señal de salida promedio o pico se utiliza para ajustar dinámicamente la ganancia de los amplificadores, lo que permite que el circuito funcione satisfactoriamente con un rango mayor de niveles de señal de entrada. Se utiliza en la mayoría de los receptores de radio para ecualizar el volumen promedio ( sonoridad ) de diferentes estaciones de radio debido a las diferencias en la intensidad de la señal recibida , así como las variaciones en la señal de radio de una sola estación debido al desvanecimiento . Sin AGC, el sonido emitido desde un receptor de radio AM variaría en gran medida de una señal débil a una fuerte; el AGC reduce efectivamente el volumen si la señal es fuerte y lo aumenta cuando es más débil. En un receptor típico, la señal de control de retroalimentación AGC generalmente se toma de la etapa del detector y se aplica para controlar la ganancia de las etapas del amplificador de FI o RF.
La señal que se va a controlar por ganancia (la salida del detector en una radio) va a un diodo y un condensador , que producen un voltaje de CC que sigue al pico. Este voltaje se envía a los bloques de ganancia de RF para modificar su polarización, alterando así su ganancia. Tradicionalmente, todas las etapas de control de ganancia se realizaban antes de la detección de la señal, pero también es posible mejorar el control de ganancia agregando una etapa de control de ganancia después de la detección de la señal.
En 1925, Harold Alden Wheeler inventó el control automático de volumen (AVC) y obtuvo una patente. Karl Küpfmüller publicó un análisis de los sistemas AGC en 1928. [1] A principios de la década de 1930, la mayoría de los nuevos receptores de radiodifusión comerciales incluían control automático de volumen. [2]
El AGC es un cambio con respecto a la linealidad en los receptores de radio AM . [3] Sin AGC, una radio AM tendría una relación lineal entre la amplitud de la señal y la forma de onda del sonido: la amplitud del sonido , que se correlaciona con la sonoridad, es proporcional a la amplitud de la señal de radio, porque el contenido de información de la señal es transportado por los cambios de amplitud de la onda portadora . Si el circuito no fuera bastante lineal, la señal modulada no podría recuperarse con una fidelidad razonable . Sin embargo, la intensidad de la señal recibida variará ampliamente, dependiendo de la potencia y la distancia del transmisor , y la atenuación de la trayectoria de la señal . El circuito AGC evita que el nivel de salida del receptor fluctúe demasiado al detectar la intensidad general de la señal y ajustar automáticamente la ganancia del receptor para mantener el nivel de salida dentro de un rango aceptable. Para una señal muy débil, el AGC opera el receptor a la ganancia máxima; a medida que aumenta la señal, el AGC reduce la ganancia.
Generalmente es desventajoso reducir la ganancia del extremo frontal de RF del receptor en señales más débiles, ya que una ganancia baja puede empeorar la relación señal/ruido y el bloqueo ; [4] por lo tanto, muchos diseños reducen la ganancia solo para señales más fuertes.
Dado que el diodo detector de AM produce un voltaje de CC proporcional a la intensidad de la señal, este voltaje se puede realimentar a las etapas anteriores del receptor para reducir la ganancia. Se requiere una red de filtros para que los componentes de audio de la señal no influyan apreciablemente en la ganancia; esto evita el "aumento de modulación" que aumenta la profundidad de modulación efectiva de la señal, distorsionando el sonido. Los receptores de comunicaciones pueden tener sistemas AVC más complejos, que incluyen etapas de amplificación adicionales, diodos detectores AGC separados, constantes de tiempo diferentes para bandas de transmisión y onda corta, y la aplicación de diferentes niveles de voltaje AGC a diferentes etapas del receptor para evitar la distorsión y la modulación cruzada. [5] El diseño del sistema AVC tiene un gran efecto en la usabilidad del receptor, las características de sintonización, la fidelidad de audio y el comportamiento en caso de sobrecarga y señales fuertes. [6]
Los receptores de FM, aunque incorporan etapas limitadoras y detectores relativamente insensibles a las variaciones de amplitud, aún se benefician del AGC para evitar la sobrecarga en señales fuertes.
Una aplicación relacionada del AGC es en los sistemas de radar , como método para superar los ecos no deseados . Este método se basa en el hecho de que los ecos de interferencias superan en número a los ecos de los objetivos de interés. La ganancia del receptor se ajusta automáticamente para mantener un nivel constante de interferencias visibles generales. Si bien esto no ayuda a detectar objetivos enmascarados por interferencias circundantes más fuertes, sí ayuda a distinguir las fuentes de objetivos fuertes. En el pasado, el AGC del radar se controlaba electrónicamente y afectaba la ganancia de todo el receptor del radar. A medida que los radares evolucionaron, el AGC pasó a estar controlado por software de computadora y afectó la ganancia con mayor granularidad, en celdas de detección específicas. Muchas contramedidas de radar utilizan el AGC de un radar para engañarlo, "ahogando" efectivamente la señal real con la falsificación, ya que el AGC considerará la señal verdadera más débil como interferencia en relación con la falsificación fuerte.
Una cinta de audio genera una cierta cantidad de ruido . Si el nivel de la señal en la cinta es bajo, el ruido es más prominente, es decir, la relación señal-ruido es menor de lo que podría ser. Para producir la grabación menos ruidosa, el nivel de grabación debe establecerse lo más alto posible sin ser tan alto como para cortar o distorsionar la señal. En la grabación profesional de alta fidelidad , el nivel se establece manualmente utilizando un medidor de lectura de picos . Cuando la alta fidelidad no es un requisito, se puede establecer un nivel de grabación adecuado mediante un circuito AGC que reduce la ganancia a medida que aumenta el nivel de señal promedio. Esto permite realizar una grabación utilizable incluso para el habla a cierta distancia del micrófono de una grabadora de audio. Se aplican consideraciones similares con los VCR .
Una desventaja potencial del AGC es que al grabar algo como música con pasajes suaves y fuertes como la música clásica, el AGC tenderá a hacer que los pasajes suaves sean más fuertes y los pasajes fuertes más suaves, comprimiendo el rango dinámico ; el resultado puede ser una calidad musical reducida si la señal no se vuelve a expandir durante la reproducción, como en un sistema de compresión-expansión .
Algunas grabadoras de cintas de carrete y pletinas de casete tienen circuitos AGC. Las que se utilizan para alta fidelidad generalmente no los tienen.
La mayoría de los circuitos de videograbadoras utilizan la amplitud del pulso de borrado vertical para hacer funcionar el control automático de ganancia (AGC). Los esquemas de control de copia de video, como Macrovision, aprovechan esta característica e insertan picos en el pulso que la mayoría de los televisores ignoran , pero que hacen que el control automático de ganancia (AGC) de una videograbadora corrija en exceso y corrompa la grabación.
Un dispositivo de ajuste de ganancia operado por voz [7] o dispositivo de ajuste de ganancia operado por volumen [8] (vogad) es un tipo de AGC o compresor para amplificación de micrófonos . Se utiliza generalmente en transmisores de radio para evitar la sobremodulación y reducir el rango dinámico de la señal, lo que permite aumentar la potencia media transmitida. En telefonía , este dispositivo acepta una amplia variedad de amplitudes de entrada y produce una amplitud de salida generalmente constante.
En su forma más simple, un limitador puede consistir en un par de diodos de sujeción consecutivos , que simplemente desvían el exceso de amplitud de señal a tierra cuando se excede el umbral de conducción del diodo. Este enfoque simplemente cortará la parte superior de las señales grandes, lo que generará altos niveles de distorsión.
Si bien los limitadores de recorte se utilizan a menudo como una forma de protección de último recurso contra la sobremodulación , un circuito vogad correctamente diseñado controla activamente la cantidad de ganancia para optimizar la profundidad de modulación en tiempo real. Además de evitar la sobremodulación, aumenta el nivel de las señales silenciosas para evitar también la submodulación. La submodulación puede provocar una mala penetración de la señal en condiciones ruidosas, por lo que el vogad es particularmente importante para aplicaciones de voz como los radioteléfonos .
Un buen circuito Vogad debe tener un tiempo de ataque muy rápido , de modo que una señal de voz fuerte inicial no provoque una ráfaga repentina de modulación excesiva. En la práctica, el tiempo de ataque será de unos pocos milisegundos, por lo que a veces sigue siendo necesario un limitador de recorte para captar la señal en estos picos cortos. Normalmente se utiliza un tiempo de caída mucho más largo, de modo que la ganancia no se incremente demasiado rápido durante las pausas normales del habla natural. Un tiempo de caída demasiado corto conduce al fenómeno de " respiración ", en el que el nivel de ruido de fondo se incrementa en cada espacio en el habla. Los circuitos Vogad normalmente se ajustan de modo que a niveles bajos de entrada la señal no se potencie por completo, sino que siga una curva de refuerzo lineal. Esto funciona bien con micrófonos con cancelación de ruido .
Los dispositivos para grabar ambos lados de una conversación telefónica deben grabar tanto la señal relativamente grande del usuario local como la señal mucho más pequeña del usuario remoto a intensidades comparables. Algunos dispositivos de grabación telefónica incorporan un control automático de ganancia para producir grabaciones de calidad aceptable.
Como sucede con muchos conceptos que se encuentran en la ingeniería, el control automático de ganancia también se encuentra en sistemas biológicos, especialmente en sistemas sensoriales. Por ejemplo, en el sistema visual de los vertebrados , la dinámica del calcio en los fotorreceptores de la retina ajusta la ganancia para adaptarse a los niveles de luz. Más adelante en el sistema visual, se cree que las células en V1 se inhiben mutuamente, lo que provoca la normalización de las respuestas al contraste, una forma de control automático de ganancia. De manera similar, en el sistema auditivo , las neuronas eferentes olivococleares son parte de un circuito de control de ganancia biomecánico. [9] [10]
Como en todos los sistemas de control automático, la dinámica temporal del funcionamiento del AGC puede ser importante en muchas aplicaciones. Algunos sistemas AGC reaccionan con lentitud a la necesidad de cambios de ganancia, mientras que otros pueden reaccionar muy rápidamente. Un ejemplo de una aplicación en la que se requiere un tiempo de recuperación rápido del AGC es en los receptores utilizados en comunicaciones de código Morse, donde es necesaria la llamada interrupción total u operación QSK para permitir que las estaciones receptoras interrumpan a las estaciones transmisoras a mitad de carácter (por ejemplo, entre señales de punto y raya).