自動增益控制電路的設計與實現(xiàn)

1、自動增益控制電路的設計與實現(xiàn)實驗報告北京郵電大學信息與通信工程學院一：課題名稱自動增益控制電路的設計與實現(xiàn)二：摘要及關鍵詞1、摘要：在處理輸入的模擬信號時，經常會遇到通信信道或傳感器衰減強度大幅變化的情況；另外，在其他應用中，如監(jiān)控系統(tǒng)中的多個相同傳感器返回的信號中，頻譜結構和動態(tài)范圍大體相似，而最大波幅卻相差甚多的現(xiàn)象。很多時候系統(tǒng)會遇到不可預知的信號，導致因為非重復性事件而丟失數(shù)據(jù)。此時，可以使用帶AGC（自動增益控制）的自適應前置放大器，使增益能隨信號強弱而自動調整，以保持輸出相對穩(wěn)定。本實驗在介紹了AGC電路的基礎上，采用了一種相對簡單而有效實現(xiàn)預通道AGC的方法，電路中使用了一個短路

2、雙極晶體管直接進行小信號控制的方法。2、關鍵詞：驅動緩沖 可變衰減 自動增益控制 電壓跟隨器 反饋三：設計任務要求1、 基本要求：1） 設計實現(xiàn)一個AGC電路，設計指標以及給定條件為：輸入信號0.550mVrms；輸出信號：0.51.5Vrms；信號帶寬：1005KHz；2） 設計該電路的電源電路（不要求實際搭建），用PROTEL軟件繪制完整的電路原 理圖（SCH）及印制電路板圖（PCB）2、提高要求：1）設計一種采用其他方式的AGC電路；2）采用麥克風作為輸入，8喇叭作為輸出的完整音頻系統(tǒng)。3、探究要求：1）如何設計具有更寬輸入電壓范圍的AGC電路；2）測試AGC電路中的總諧波失真（THD）

3、及如何有效的降低THD。四：設計思路及總體結構框架 1、設計思路 該實驗電路中使用了一個短路雙極晶體管直接進行小信號控制的方法，從而相對簡單而有效實現(xiàn)預通道AGC的功能。如下圖，可變分壓器由一個固定電阻R1和一個可變電阻構成，控制信號的交流振幅?？勺冸娮璨捎没鶚O-集電極短路方式的雙極性晶體管微分電阻實現(xiàn)為改變Q1電阻，可從一個由電壓源和大阻值電阻R2組成的直流源直接向短路晶體管注入電流。為防止R2影響電路的交流電壓傳輸特性。R2的阻值必須遠大于R1.DetetorVGAInput Output 反饋式AGC由短路三極管構成的衰減器電路對正電流的I所有可用值（一般都小于晶體管的最大額定設計電流）

4、，晶體管Q1的集電極-發(fā)射極飽和電壓小于它的基極-發(fā)射極閾值電壓，于是晶體管工作在有效狀態(tài)。短路晶體管的V-I特性曲線非常類似與PN二極管，符合肖特基方程，除了稍高的直流電壓值外，即器件電壓的變化與直流電流變化的對數(shù)成正比。 輸入信號VIN驅動輸入緩沖極Q1，中間互補級聯(lián)放大電路Q2、Q3提供大部分電壓增益，通過負反饋網絡回到放大級的輸入端。R4構成可變衰減器的固定電阻，Q6構成衰減器的可變電阻部分，D1、D2構成一個倍壓整流器。它從輸出級Q4提取信號的一部分并為Q5生成控制電壓，這種構置可以容納非對稱信號波形的兩極性的大峰值振幅。電阻R15決定AGC的開始時間（若與C6組合的R15過小，則使

5、反饋傳輸函數(shù)產生極點，導致不穩(wěn)定），電阻R17決定AGC的釋放時間。R14是1K電阻，將發(fā)射極輸出跟隨器Q4與信號輸出端隔離開。 2、總體結構框圖五：分塊電路和總體電路的設計1、9V穩(wěn)壓源電路2、 信號緩沖輸入級電路3、直流耦合互補級聯(lián)電路（提供大部分增益）：4、信號輸出級電路（射極跟隨器Q4）：5、 倍壓整流（D1、D2與電容C6構成）與反饋電路：6、總體電路設計該電路主要由輸入前級、中間直流互補級聯(lián)放級、倍壓整流電路、反饋網絡組成。其中反饋網絡跨在直流互補耦合級聯(lián)放大級的前端與輸出級的前端之間，使信號自動衰減為一定的值（小幅波動），實現(xiàn)自動增益控制。六、所實現(xiàn)功能說明1、基本功能：輸入的信

6、號范圍在0.550mVrms時，經過輸入緩沖級，直流耦合互補級聯(lián)放大信號（提供大部分增益），經過射極跟隨器，接輸出端同時引反饋回去到放大級前端，反饋由具有倍壓整流作用的D1、D2和可變衰減器，對不同的輸入信號，反饋信號大小不一樣，使經輸入緩沖級放大電路放大的信號與反饋信號疊加，疊加后的信號幅度在很小的范圍波動，再經過放大，使輸出電壓0.51.5Vrms，信號帶寬滿足覆蓋100Hz5KHz的要求，實現(xiàn)了自動增益控制。2、直流電源：Vcc=9V3、主要測試數(shù)據(jù)： f/HzVi/mVrms 10010003000 500051.221.23 1.241.24101.301.301.311.31201

7、.331.341.351.35301.371.371.381.38501.411.411.421.42 4、測量方法：（1） 輸入端接輸入信號，電壓有效值0.550mV，頻率在100Hz5KHz，為得到不同 頻率不同電壓下的增益數(shù)據(jù)，采取單變量法測試，用示波器觀察輸入輸出信號，使用交流毫伏表測量輸入輸出的信號電壓的有效值，計算增益；（2）具體測試過程如下：保持輸入電壓有效值0.5mV，改變信號頻率從100Hz變化到5KHz（為取得更多的數(shù)據(jù)，可以每次增大500Hz，多測數(shù)據(jù)），測量記錄如上表格所示；（3） 由測出的數(shù)據(jù)可以計算出增益，同時可見，再輸入電壓在規(guī)定的范圍內大幅波動時，輸出電壓在規(guī)定

8、的范圍內以很小幅度波動，即可認為輸入在規(guī)定范圍內變化時，輸出不變，實現(xiàn)了自動增益控制的功能；（4） 為了解反饋網絡在自動增益控制電路中的作用，可以在反饋輸出端接示波器通道來觀察測量反饋輸出信號，亦可把反饋引回的線去掉，用示波器觀察測量沒有反饋時的輸出信號，記錄測量的數(shù)據(jù)，分析可以看出反饋網絡在該電路中舉足輕重的地位，這也是該電路稱為反饋式AGC的原因。（5） 用示波器觀察輸入緩沖級（該實驗中注釋為Q1）的集電極輸出波形，記錄測量數(shù)據(jù)；把反饋去掉，同樣觀察測量Q1集電極的波形，對比可見，有反饋的時候Q1的集電極輸出信號幅值基本為2mV，而無反饋的時候，Q1的集電極輸出信號幅值為伏級上的，比有反饋

9、的時候大的多，可見自動衰減的負反饋信號與經緩沖級放大的信號疊加，使信號維持在一個比較穩(wěn)定的值。（6） 測量倍壓整流電路（D1、D2構成）的輸出信號波形，增進對倍 壓整流器的工作原理的理解。七、故障及問題分析做PCB板時，由于剛開始對于軟件不熟悉，所以走了不少彎路。首先，將原理圖畫好后，運行總是出錯，最后發(fā)現(xiàn)是未將原理圖放入工程，其次將原件導入PCB板時，沒有畫禁布線區(qū)，并且未放置焊盤，導致無法布線。后經調整，并查閱相關資料完成了PCB板。首先，連接電路用了較長時間。第一次連接完畢，發(fā)現(xiàn)地線和電源線接的太亂，并且導線過多。第二次連接完成后，卻無法得到預期的輸出波形，而是在電源接通后會出現(xiàn)方波，檢

10、查電路并未發(fā)現(xiàn)錯誤，于是又進行了第三次連接，但還是未得到預期效果，經過檢查，應對各級參數(shù)進行對比發(fā)現(xiàn)R13忘記接地，改正過后得到了滿意的波形。八、總結和結論1、本實驗綜合性較強，考察了理論分析與動手實踐的綜合能力，讓我們通過實驗，加深了對模電的認識。2、 本實驗采用了反饋式自動增益控制電路，主要由輸入緩沖級、直流耦合互補級聯(lián)、信號輸出級、倍壓整流與反饋幾個部分組成。倍壓整流與反饋實現(xiàn)了自動增益控制的功能。3、 由于自動增益控制電路比較復雜，我們在實驗中應該學會部分分析的方法。當電路的輸出電壓波形不符合預期時，要根據(jù)實際的輸出與理論分析的輸出之間的差距來分析故障發(fā)生在哪里，這樣可使我們縮小排查的

11、范圍，提高實驗效率，同時加深理解了電路每一部分的具體功能。4、 在連接電路之前，應該先設計好具體的電路布局，使得整體清晰美觀，這樣可以避免不必要的返工。5、 輸出的信號電壓基本為1.35Vrms，以很小幅度波動，在實驗要求的范圍內，輸出信號帶寬為50Hz225KHz，覆蓋要求的頻率寬度，可以處理很寬頻帶的信號，說明該電路對信號處理能力強， 但同時帶來一個問題，通頻帶寬，選擇性差。6、 該自動增益控制電路，輸入信號范圍為0.550mVrms輸出信號為0.51.5Vrms信號帶寬：1005KHz，適合應用于低頻段小信號處理的系統(tǒng)中。九、PROTEL繪制的原理圖1、PROTEL繪制的AGC電路原理圖

12、： 該電路主要有幾部分組成： 輸入前級、中間直流互補級聯(lián)放大級、倍壓整流電路、反饋網絡、輸出級。其中反饋網絡跨在直流互補耦合級聯(lián)放大級的前端與輸出級的前端之間，使信號自動衰減為一定的值，實現(xiàn)自動增益控制。2、 用PROTEL生成的PCB板3、9V穩(wěn)壓源電路原理圖：4、9V穩(wěn)壓源生成PCB板5、實物效果十、 所用元器件及測試儀表清單1、元器件清單 Polarized Capacitor (Radial)C1RB7.6-15Cap Pol11Polarized Capacitor (Radial)C2RB7.6-15Cap Pol11Polarized Capacitor (Radial)C3RB

13、7.6-15Cap Pol11Polarized Capacitor (Radial)C4RB7.6-15Cap Pol11Polarized Capacitor (Radial)C5RB7.6-15Cap Pol11Polarized Capacitor (Radial)C6RB7.6-15Cap Pol11Polarized Capacitor (Radial)C7RB7.6-15Cap Pol11Polarized Capacitor (Radial)C8RB7.6-15Cap Pol11Polarized Capacitor (Radial)C9RB7.6-15Cap Pol11Pol

14、arized Capacitor (Radial)C10RB7.6-15Cap Pol11Default DiodeD1DSO-C2/X3.3Diode1Default DiodeD2DSO-C2/X3.3Diode1Header, 2-PinJP1HDR1X2Header 21Header, 2-PinJP2HDR1X2Header 21Header, 2-PinJP3HDR1X2Header 21NPN General Purpose AmplifierQ1BCY-W3/D4.72N39041NPN General Purpose AmplifierQ2BCY-W3/D4.72N39041

15、PNP General Purpose AmplifierQ3BCY-W3/D4.72N39061NPN General Purpose AmplifierQ4BCY-W3/D4.72N39041NPN General Purpose AmplifierQ5BCY-W3/D4.72N39041NPN General Purpose AmplifierQ6BCY-W3/D4.72N39041ResistorR1AXIAL-0.4Res21ResistorR2AXIAL-0.4Res21ResistorR3AXIAL-0.4Res21ResistorR4AXIAL-0.4Res21Resistor

16、R5AXIAL-0.4Res21ResistorR6AXIAL-0.4Res21ResistorR7AXIAL-0.4Res21ResistorR8AXIAL-0.4Res21ResistorR9AXIAL-0.4Res21ResistorR10AXIAL-0.4Res21ResistorR11AXIAL-0.4Res21ResistorR12AXIAL-0.4Res21ResistorR13AXIAL-0.4Res21ResistorR14AXIAL-0.4Res21ResistorR15AXIAL-0.4Res21ResistorR16AXIAL-0.4Res21ResistorR17AX

17、IAL-0.4Res21ResistorR18AXIAL-0.4Res21ResistorR19AXIAL-0.4Res212、 測試儀器清單（1）信號發(fā)生器；（2）示波器；（3）交流毫伏表；（4）萬用表；（5）直流穩(wěn)壓電源；十一、參考文獻1電子電路綜合設計實驗教程 北京郵電大學電路實驗中心2Protel DXP 電子設計使用教程 袁鵬平 付剛 羅開玉 化學工業(yè)出版社一種新能優(yōu)良結構簡單的AGC電路發(fā)布: | 作者: | 來源: | 查看:292次 | 用戶關注：許多應用類電子裝置中都需要自動增益控制電路。自動增益控制電路的功能是在輸入信號幅度變化較大時，能使輸出信號幅度穩(wěn)定不變或限制在一個很

18、小范圍內變化的特殊功能電路，簡稱為AGC電路。AGC電路的基本原理是隨著輸入信號幅度的變化產生一個相應變化的直流電壓(AGC電壓)，利用這一電壓去控制一種可變增益放大器的放大倍數(shù)(或者控制一種可變衰減電路的衰減量)：當輸入信號幅度較大時AGC電壓控制可變增益放大許多應用類電子裝置中都需要自動增益控制電路。自動增益控制電路的功能是在輸入信號幅度變化較大時，能使輸出信號幅度穩(wěn)定不變或限制在一個很小范圍內變化的特殊功能電路，簡稱為AGC電路。AGC電路的基本原理是隨著輸入信號幅度的變化產生一個相應變化的直流電壓(AGC電壓)，利用這一電壓去控制一種可變增益放大器的放大倍數(shù)(或者控制一種可變衰減電路的衰減量)：當輸入信號幅度較大時AGC電壓控制可變增益放大器的放大倍數(shù)減小(或者增大可變衰減電路衰減量)，當輸入信號幅度較小時AGC電壓控制可變增益放大器的放大倍數(shù)增加(或者減小可變衰減電路衰減量)。顯然，這種自動增益控制可以達到輸出信號幅度基本穩(wěn)定的目的。 增益可調的運算放大器(如AD603)常被用在AGC電路中，但是這一類器件不僅價格高，而且市面上難以買到。經過多次試驗，筆者使用普通元件設計出了一種成本低廉、性能優(yōu)良、結構簡單的AGC電路。原理見下圖。上圖中，輸入信號經電阻R1、R2分壓后送往運放F1的同相輸入端，二極管V