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 máximo se utiliza para ajustar dinámicamente la ganancia de los amplificadores, permitiendo 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 diferencias en la intensidad de la señal recibida , así como variaciones en la señal de radio de una sola estación debido al desvanecimiento . Sin AGC, el sonido emitido por 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 del 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 (la salida del detector en una radio) va a un diodo y un condensador , que producen un voltaje de CC que sigue el pico. Esto se alimenta a los bloques de ganancia de RF para alterar su polarización, alterando así su ganancia. Tradicionalmente, todas las etapas controladas por ganancia venían antes de la detección de señal, pero también es posible mejorar el control de ganancia agregando una etapa controlada por ganancia después de la detección de 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]
AGC es una desviación de 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 el volumen, 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 de la atenuación de la ruta 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 hace funcionar el receptor con la máxima ganancia; A medida que aumenta la señal, el AGC reduce la ganancia.
Generalmente es una desventaja 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 sólo para señales más fuertes.
Dado que el diodo detector AM produce un voltaje de CC proporcional a la intensidad de la señal, este voltaje puede retroalimentarse a 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, incluidas etapas de amplificación adicionales, diodos detectores de AGC separados, diferentes constantes de tiempo para bandas de transmisión y onda corta, y aplicación de diferentes niveles de voltaje AGC a diferentes etapas del receptor para evitar distorsión y modulación cruzada. [5] El diseño del sistema AVC tiene un gran efecto en la usabilidad del receptor, las características de sintonización, la fidelidad del audio y el comportamiento ante sobrecargas y señales fuertes. [6]
Los receptores de FM, aunque incorporan etapas limitadoras y detectores que son relativamente insensibles a las variaciones de amplitud, aún se benefician del AGC para evitar la sobrecarga en señales fuertes.
Una aplicación relacionada del AGC son los sistemas de radar , como método para superar los ecos parásitos no deseados . Este método se basa en el hecho de que los resultados de ecos parásitos superan con creces a los ecos de los objetivos de interés. La ganancia del receptor se ajusta automáticamente para mantener un nivel constante de desorden visible general. Si bien esto no ayuda a detectar objetivos enmascarados por un desorden circundante más intenso, sí ayuda a distinguir fuentes de objetivos potentes. En el pasado, el AGC del radar se controlaba electrónicamente y afectaba a la ganancia de todo el receptor del radar. A medida que los radares evolucionaron, el AGC pasó a estar controlado por software 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 parodia, ya que el AGC considerará la señal verdadera más débil como un desorden en relación con la parodia 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 con menos ruido, el nivel de grabación debe establecerse lo más alto posible sin ser tan alto como para saturar o distorsionar la señal. En la grabación profesional de alta fidelidad, el nivel se ajusta manualmente mediante 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 promedio de la señal. Esto permite realizar una grabación utilizable incluso para conversaciones a cierta distancia del micrófono de una grabadora de audio. Se aplican consideraciones similares con las videograbadoras .
Una desventaja potencial del AGC es que al grabar algo como música con pasajes bajos y altos, como música clásica, el AGC tenderá a hacer que los pasajes bajos sean más fuertes y los pasajes fuertes más bajos, 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 expansión .
Algunas grabadoras de cinta y casetes de carrete a carrete tienen circuitos AGC. Los que se utilizan para alta fidelidad generalmente no lo hacen.
La mayoría de los circuitos VCR utilizan la amplitud del pulso de supresión vertical para operar el AGC. Los esquemas de control de copia de video como Macrovision explotan esto, insertando picos en el pulso que serán ignorados por la mayoría de los televisores , pero causan que el AGC de una videograbadora sobrecorrija y corrompa la grabación.
Un dispositivo de ajuste de ganancia operado por voz [7] o un dispositivo de ajuste de ganancia operado por volumen [8] (vogad) es un tipo de AGC o compresor para amplificación de micrófono . Suele utilizarse 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 toma una amplia variedad de amplitudes de entrada y produce una amplitud de salida generalmente consistente.
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 la señal a tierra cuando se excede el umbral de conducción del diodo. Este enfoque simplemente recortará la parte superior de las señales grandes, lo que provocará altos niveles de distorsión.
Si bien los limitadores de recorte se utilizan a menudo como una forma de última instancia de protección contra la sobremodulación , un circuito vogad diseñado adecuadamente controla activamente la cantidad de ganancia para optimizar la profundidad de la modulación en tiempo real. Además de prevenir 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 la vogad es particularmente importante para aplicaciones de voz como los radioteléfonos .
Un buen circuito de vogad debe tener un tiempo de ataque muy rápido , de modo que una señal de voz inicial fuerte no provoque un estallido repentino de modulación excesiva. En la práctica, el tiempo de ataque será de unos pocos milisegundos, por lo que a veces todavía se necesita un limitador de recorte para captar la señal en estos picos cortos. Generalmente se emplea un tiempo de caída mucho más largo, para que la ganancia no aumente demasiado rápido durante las pausas normales del habla natural. Un tiempo de caída demasiado corto provoca el fenómeno de la " respiración ", en el que el nivel de ruido de fondo aumenta en cada intervalo del habla. Los circuitos Vogad normalmente se ajustan de modo que a niveles bajos de entrada la señal no esté completamente amplificada, sino que siga una curva de amplificación 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 con volúmenes comparables. Algunos dispositivos de grabación telefónica incorporan control automático de ganancia para producir grabaciones de calidad aceptable.
Como ocurre con muchos conceptos que se encuentran en ingeniería, el control automático de ganancia también se encuentra en los sistemas biológicos, especialmente en los 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, provocando 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 biomecánico de control de ganancia. [9] [10]
Como ocurre con todos los sistemas de control automático, la dinámica temporal del funcionamiento del AGC puede ser importante en muchas aplicaciones. Algunos sistemas AGC tardan en reaccionar 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 rápido de recuperación de AGC es en receptores utilizados en comunicaciones de código Morse donde es necesaria la llamada operación QSK o interrupción completa para permitir que las estaciones receptoras interrumpan a las estaciones emisoras a mitad de un carácter (por ejemplo, entre punto y punto). señales del tablero).