自動增益控制放大器設計.doc

1、摘    要自動增益控制電路已廣泛用于各種接收機、錄音機和信號采集系統(tǒng)中，另外在光纖通信、微波通信、衛(wèi)星通信等通信系統(tǒng)以及雷達、廣播電視系統(tǒng)中也得到了廣泛的應用。本課題主要研究應用于音頻放大的前級電壓放大，因此設計的電路需容納的頻帶范圍應較寬，以至于使語音信號通過.由于語音信號的頻帶范圍為300hz3400hz，所以該電路所應設計的頻帶范圍應在300hz3400hz之間,并且電路應該實現(xiàn)增益的閉環(huán)調(diào)節(jié)，通過此電路可以實現(xiàn)增益的自動調(diào)整，以至于使音頻信號強時自動減小放大器的倍數(shù),信號弱時自動增大放大器的倍數(shù)，從而實現(xiàn)音量的自動調(diào)節(jié)。本課題介紹了自動增益控制

2、的概念原理以及對自動增益控制放大器各部分的工作原理，最后對系統(tǒng)的測試結果以及設計與實現(xiàn)中應該注意的問題也做了詳細分析.關鍵詞： 放大器；自動增益控制； 電壓跟隨器； 濾波器ABSTRACTThe automatic gain control electric circuit has been widely used in all kinds of receivers、tape recorders and signal gathering systems, and also been used in communications system radar， the broadcast telev

3、ision system and optical fiber communications， microwave communications， satellite communications。This topic mainly studies to the applies to the front level voltage amplification of the audio frequency amplification， therefore the frequency band scope of the electric circuit should be wider that ca

4、n make the pronunciation signals to pass。 Because the frequency band scope of the pronunciation signal is 300 Hz-3400 Hz， so the frequency band scope of our electric circuit should be designed within 300 Hz3400 Hz. And the electric circuit should realize the closed loop adjustment which increases, i

5、t may realize the automatic control through this electric circuit which increases when the tonic train signal is strong automatically that it can reduce the multiple of the amplifier, and when the signal is weak that it can automatically increase the amplifier the multiple， so that can realize the v

6、olume with automatic control。文檔為個人收集整理，來源于網(wǎng)絡本文為互聯(lián)網(wǎng)收集,請勿用作商業(yè)用途This topic also introduced in the concept principle of the automatic gain control as well as to automatically increases the amplifier every part of principle of work the detailed introduction， and it pays attention to the question to the t

7、est result of this system .Finally we have make some analysis to the design.Key words:Amplifier； Automatic Gain Control; AGC；Voltage follower；Filter 目錄摘 要.。1第1章  引言.4第2章  自動增益控制。.42. 1自動增益控制42。1.1自動增益控制基本概念.。42。1.2自動增益控制的原理.52. 2自動增益控制放大器52. 3本課題的研究內(nèi)容。5第3章  自動增益控制放大器的電路

8、設計63. 1方案選擇。63。 2壓隨器工作原理83. 3整流電路工作原理83。 4濾波93。 5增益控制工作原理.93。 6電路元器件選擇103。6。1運算放大器。.。103.6。2場效應管的選擇。.。113.6。3其他元器件的選擇。.11第4章  放大器電路的調(diào)試及實驗結果124。 1放大器電路的調(diào)試124。 2實驗結果及存在問題12第5章  總結.14參考文獻15附 錄15致 謝16 第1章  引言隨著微電子技術、計算機網(wǎng)絡技術和通信技術等行業(yè)的迅速發(fā)展,自動增益控制電路越來越被人們熟知并且廣泛的應用到各個領域當中.自

9、動增益控制線路,簡稱AGC線路，A是AUTO（自動）,G是GAIN（增益）,C是CONTROL（控制）。它是輸出限幅裝置的一種，是利用線性放大和壓縮放大的有效組合對輸出信號進行調(diào)整.當輸入信號較弱時,線性放大電路工作，保證輸出聲信號的強度；當輸入信號強度達到一定程度時，啟動壓縮放大線路，使聲輸出幅度降低,滿足了對輸入信號進行衰減的需要.也就是說，AGC功能可以通過改變輸入輸出壓縮比例自動控制增益的幅度，擴大了接收機的接收范圍，它能夠在輸入信號幅度變化很大的情況下，使輸出信號幅度保持恒定或僅在較小范圍內(nèi)變化，不至于因為輸入信號太小而無法正常工作,也不至于因為輸入信號太大而使接收機發(fā)生飽和或堵塞。

10、在電路設計中，這種線路被大量的運用，從尖端的雷達技術到日常的廣播電視系統(tǒng)，自動增益控制無疑很好的解決了各種技術中存在的信號強度問題。目前，實現(xiàn)自動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來實現(xiàn)自動增益控制的目的，也就是自動增益控制放大器。第2章  自動增益控制2. 1自動增益控制2. 1。 1自動增益控制的基本概念接收機的輸出電平取決于輸入信號電平和接收機的增益。由于各種原因，接收機的輸入信號變化范圍往往很大，信號弱時可以是一微伏或幾十微伏，信號強時可達幾百毫伏，最強信號和最弱信號相差可達幾十分貝。這個變化范圍稱為接收機的動態(tài)范圍.影響接收機輸入信號的因素很

11、多，例如：發(fā)射臺功率的大小、接收機離發(fā)射臺距離的遠近、信號在傳播過程中傳播條件的變化(如電離層和對流層的騷動、天氣的變化)、接收機環(huán)境的變化(如汽車上配備的接收機),以及人為產(chǎn)生的噪聲對接收機的影響等。為了防止強信號引起的過載,需要增大接收機的動態(tài)范圍,這就要有增益控制電路。能夠使放大電路的增益自動地隨信號強度而調(diào)整的控制電路,簡稱自動增益控制AGC （Automatic Gain Control)電路，它能夠在輸入信號幅度變化很大的情況下，使輸出信號幅度保持恒定或僅在較小范圍內(nèi)變化,不至于因為輸入信號太小而無法正常工作，也不至于因為輸入信號太大而使接收機發(fā)生飽和或堵塞。常用來使系統(tǒng)的輸出電平

12、保持在一定范圍之內(nèi)，因而也可以稱為自動電平控制.當前，該電路已廣泛用于各種接收機、錄音機和信號采集系統(tǒng)中，另外在光纖通信、微波通信、衛(wèi)星通信等通信系統(tǒng)以及雷達、廣播電視系統(tǒng)中也得到了廣泛的應用。AGC電路目前概括起來有模擬AGC和數(shù)字AGC電路.AGC環(huán)路可以放在模擬與數(shù)字電路之間，增益控制算法在數(shù)字部分來實現(xiàn),合適的增益設置反饋給模擬可變增益放大器（VGA)?，F(xiàn)在出現(xiàn)的自動增益控制方法可以分為以下3類：基于電路反饋的自動增益控制;基于光路反饋的自動增益控制；光路反饋和電路反饋相結合的自動增益控制。本文中要研究的是基于電路反饋的利用放大器實現(xiàn)的自動增益控制。2. 1. 2自動增益控制的原理自動

13、增益控制電路的作用是:當輸入信號電壓變化很大時,保持接收機輸出電壓恒定或基本不變。具體地說,當輸入信號很弱時，接收機的增益大，自動增益控制電路不起作用；當輸入信號很強時，自動增益控制電路進行控制,使接收機的增益減小。這樣,當接收信號強度變化時，接收機的輸出端的電壓或功率基本不變或保持恒定。因此對AGC電路的要求是：在輸入信號較小時，AGC電路不起作用，只有當輸入信號增大到一定程度后，AGC電路才起控制作用,使增益隨輸入信號的增大而減少.     為實現(xiàn)上述要求,必須有一個能隨外來信號強弱而變化的控制電壓或電流信號，利用這個信號對放大器的增益自動進行控制。

14、由上述分析可知，調(diào)幅中頻信號經(jīng)幅度檢波后，在它的輸出中除音頻信號外，還含有直流分量。直流分量大小與中頻載波的振幅成正比，也即與外來高頻信號成正比。因此，可將檢波器輸出的直流分量作為AGC控制信號。AGC電路工作原理:可以分為增益受控放大電路和控制電壓形成電路。增益受控放大電路位于正向放大通路,其增益隨控制電壓U0而改變.控制電壓形成電路的基本部件是AGC整流器和低通平滑濾波器，有時也包含門電路和直流放大器等部件。2。 2自動增益控制放大器目前,實現(xiàn)自動增益控制的手段很多,典型的有壓控放大器，也就是本文所要研究的自動增益控制放大器.它是通過調(diào)整放大器一個控制端的電壓,就可以實現(xiàn)調(diào)節(jié)這個放大器的增

15、益。因此,我們就可以通過反饋電路采集輸出端的電壓，通過調(diào)整網(wǎng)絡后（調(diào)整網(wǎng)絡的功能就是規(guī)定的調(diào)整策略）加到放大器的控制端.就可以實現(xiàn)自動增益控制.2。 3本課題的研究內(nèi)容本文設計的電路主要是應用于音頻放大的前級電壓放大，因此設計的電路需容納的頻帶范圍應較寬,以至于使語音信號通過。由于語音信號的頻帶范圍為300hz3400hz,所以該電路所應設計的頻帶范圍應在300hz-3400hz之間，并且電路應該實現(xiàn)增益的閉環(huán)調(diào)節(jié)，通過此電路可以實現(xiàn)增益的自動調(diào)整,以至于使音頻信號強時自動減小放大器的倍數(shù)，信號弱時自動增大放大器的倍數(shù)，從而實現(xiàn)音量的自動調(diào)節(jié)。第3章  自動增益控制放大器的

16、電路設計3。1方案選擇方案（一）：利用電阻電容來實現(xiàn)自動增益控制: 圖1由圖1可以看出,此方案是通過自動調(diào)節(jié)RP1(調(diào)節(jié)低頻）、RP2（調(diào)節(jié)高頻）來實現(xiàn)對輸入信號的增益控制。當RP1的滑動端在最左端時,電容C1被短路，音頻信號經(jīng)R1、R2送至運放的反相輸入端，運放輸出信號經(jīng)過R1、RP1與C2并聯(lián)后反饋回來，此時低音增益達到最大值。當RP1到右端時，音頻信號經(jīng)過R1、RP1、R2送到運放的反相輸入端，運放輸出信號經(jīng)過R1、C2反饋回來，此時增益到最小值。同理，RP2的滑動端在最左端時,高音增益到最大，在最右端時，高音增益到最小。本電路雖然實現(xiàn)簡單，沒有復雜的構造,但由于高低音的轉折區(qū)

17、分不明顯，導致電路的性能的不完善，在高低音分界時，不能準確的確定增益的調(diào)節(jié)是通過哪一個滑動電阻，也就不能穩(wěn)定的實現(xiàn)自動增益控制，因此不可選。方案（二）：通過兩級放大器級聯(lián)實現(xiàn)自動增益控制：                                  &#

18、160;                                     圖2由圖2可以看出，此方案是通過兩級放大器的級聯(lián)來控制自動增益調(diào)節(jié)的。此圖采用了AD603來實現(xiàn)自動增益控制電路。AD603是低噪、90MHz帶寬增

19、益可調(diào)的集成運放，如增益用分貝表示，則增益與控制電壓成線性關系.管腳間的連接方式?jīng)Q定了可編程的增益范圍,增益在11+30dB時的帶寬為90MHz,增益在+9+41dB時具有9MHz帶寬，改變管腳間的連接電阻，可使增益處在上述范圍內(nèi).本電路經(jīng)兩級AD603級聯(lián)后放大的信號，一路由J2送入下一級信號通道,另一路則輸入到三極管。三極管的發(fā)射極PN結完成AGC檢波,三極管PNP、NPN之間，形成的電流之差,經(jīng)過集電極C2后，在C2上形成一個壓降，當C2上的電荷達到一定量時,有反饋電流送回，則形成AGC控制電壓VAGC。輸入信號增大時，三極管的集電極電流之差也跟著增大，反饋回到AD603之后使輸出VAG

20、C相應減小；同樣，輸入信號減小時，VAGC則會增大，即VAGC與輸入信號的強度成反比，符合AGC電壓反向控制要求。本方案結果較為理想，并且通過兩級放大器的級聯(lián)使增益控制范圍增寬,性能比較穩(wěn)定，但在與第三種方案進行綜合比對時，我們采用了第三種方案。方案（三）：利用放大器和場效應管共同組成的電路實現(xiàn)自動增益控制 圖3由圖3可見，整個電路由包括場效應管在內(nèi)的壓控增益放大器，整流濾波電路，直流放大器組成，實現(xiàn)增益的閉環(huán)控制。信號自輸入端進入到電路中，運放A1構成壓隨器，作為輸入級。由運放A2構成反向放大器，其增益由場效應管的源極和漏極之間的電阻決定.輸出電壓經(jīng)過整流電路和濾波電路形成壓控電壓

21、，加到場效應管的柵極,當壓控電壓發(fā)生變化時，源極和漏極之間的電阻亦發(fā)生變化，因此放大器的放大倍數(shù)也發(fā)生變化，因此當音頻信號強時自動減小放大器的倍數(shù),信號弱時自動增大放大器的倍數(shù)，從而實現(xiàn)音量的自動調(diào)節(jié)，達到自動增益控制的目的。  本電路利用場效應管為壓控元件的特性，通過改變其柵極的電壓,進而改變其漏極和源極之間的電阻,從而可以改變放大器的增益，達到自動增益控制的目的。由于本電路結構原理簡單且性能優(yōu)良,成本相對較低,自動增益控制效果也比較穩(wěn)定.因為第一種方案性能不十分穩(wěn)定，自動增益控制的準確性不夠完善、而第二種方案相對成本較高,在進行綜合比較時，最終決定選擇第三種方案來完成自

22、動增益控制放大器的設計.3。 2壓隨器工作原理經(jīng)分析得知，信號自輸入端進入到電路中，經(jīng)過電容隔直后，通過運放A1構成的壓隨器。因為電壓跟隨器容易產(chǎn)生阻塞,所以外接電阻可以防止其產(chǎn)生阻塞.壓隨器輸入與輸出的值相等,對信號不進行放大，對整個電路的前級起隔離作用，對后級起緩沖作用。在輸入信號過大時，不易損壞電路.如下圖4：                       

23、60;                                                 

24、60;       圖4 3. 3整流電路工作原理目前二極管整流電路大致可分為:1、半波整流電路：最簡單的整流電路。是以“犧牲”一半交流為代價而換取整流效果的,電流利用率很低.2、全波整流電路：全波整流電路，可以看作是由兩個半波整流電路組合成的，整流效率高。3、橋式整流電路：橋式整流電路是使用最多的一種整流電路。這種電路，是在全波整流電路的基礎上增加兩只二極管連接成“橋”式結構。因為本電路設計時考慮到半波整流的電流利用率太低，且橋式整流選用器件較多較為復雜，因此選擇了全波整流電路。如圖5，信號分為兩個部分，一部分流經(jīng)R6,一部分通過R

25、7，流向IC4。假設信號為負信號，經(jīng)過反向放大器后，輸出為正信號，則D2導通，D3截止，信號通過D2后，通過R8反饋給運放；若信號為正信號，經(jīng)過反向放大器后,輸出為負信號，D2截止,D3導通,通過R9反饋給運放，信號直接通過R8輸出.然后經(jīng)過兩個半波整流的疊加，實現(xiàn)精密的全波整流。圖53. 4濾波    由于二極管只允許單向導電,所以,如果使用的是硅管，則只有電壓高于0.7V的部分可以通過二極管，濾掉由于輸入或器械影響等因素產(chǎn)生的無關的信號。另外，二極管起到一個峰值檢波的作用，可以使從二極管輸出的信號更快速準確的加到增益控制端，從而縮短響應時間,提高電路

26、的工作效率。同時,由于二極管的輸出端連接了一個電容，這個電容與電阻配合對二極管輸出的信號進行濾波，以達到濾除交流的目的。信號經(jīng)過整流電路后，通過D1，濾除噪音，R4起保護二極管的作用。信號通過電容與R5組成的RC回路,起到濾除交流,保留直流的作用.如圖6； 圖63. 5增益控制工作原理                         &#

27、160;              由于經(jīng)過整流和濾波出來的電壓，來控制場效應管柵極和源極之間的電壓，從而控制源極和漏極之間的電阻，這時增益就由R1與源極和漏極之間的電阻并聯(lián)。Rf/（R1與源極和漏極之間的電阻并聯(lián)）的值，就是放大器的增益.R3用來與R2分壓。3. 6電路元器件選擇3. 6. 1運算放大器人們用的最熟悉和用得最多的音頻處理電路就是普通的運算放大器。一般可將運放簡單地視為：具有一個信號輸出端口（Out）和同相、反相兩個高阻抗輸入端的高增益直接耦合電壓放

28、大單元，因此可采用運放制作同相、反相及差分放大器.    運算放大器是用途廣泛的器件,接入適當?shù)姆答伨W(wǎng)絡,可用作精密的交流和直流放大器、有源濾波器、振蕩器及電壓比較器。     運放的供電方式一般采用雙電源供電,其輸出可在零電壓兩側變化,在差動輸入電壓為零時輸出也可置零.當然，在需要時也可采用單電源供電方式. 如果以電路符號來表示運算放大器，則如圖，可表示為三角形.它的兩個輸入部分分別叫做非倒相輸入（1N)和倒相輸入(IN）。它以極大的放大率將倒相輸入端與非倒相輸人端之間的電壓放大，然后從輸出端（OUT）輸出。uA

29、741的結構圖:3。 6. 2場效應管選擇場效應管的作用：1.場效應晶體管可以實現(xiàn)高效率的增益控制.2.改變場效應晶體管的控制參數(shù)，其中之一是利用它的傳輸特性曲線飽和段的斜率，或者利用特性曲線陡峭部分的溝道導納。3。場效應晶體管提供的控制范圍比雙極晶體管控制范圍寬23倍。2N3819為場效應對稱類甚高頻管,其主要參數(shù)：N-FET 25V 20mA 0.36W。本電路替換為3DJ7，它是一種結型N溝道高跨導場效應管，其輸入阻抗極高，在放大器電路中常用作其中的輸入級，也常用作為恒流源。此外，利用改變柵源間的電壓,可以方便的改變漏極電流這一特性亦可用作可調(diào)電阻。3. 6。 3其他元器件選擇1.此電路

30、中有兩級放大，一級放大在電壓跟隨器中，其中外接電阻必須大于等于100千歐時，這時電阻才可以起到防止阻塞的作用，所以選擇了100K的電阻.選用1UF的鋁電解電容是因為它的額定電壓6.3V-450V，而且它體積小，容量大;適用于電源濾波，低頻耦合,隔直等。二級放大在反饋電路里，我們選擇的增益是8。6dB，它的增益表達式為:A=20lgRf/R1，由Rf =5.6K R1=15 K計算得知A=8。6 dB2。在精密全波整流電路里，選用大小一致的電阻有助于實現(xiàn)整流。3。在濾波電路中，選用有極性的4.7UF的電解低頻瓷介電容(CT）,是因為它的電容量在10pF-4.7Uf；主要特點體積小，價廉;主要應用

31、在要求不高的低頻電路里.其中濾波電路里的截止頻率經(jīng)計算得知為21。28HZ,所以此低通濾波器的截止頻率為22HZ.4。 在電壓控制增益放大器里，是通過控制場效應管的柵極和源極的電壓從而來改變源極和漏極的電阻Rr,以此來達到控制增益的。而此時的Rr就是場效應管的可變電阻值。3DJ7J的主要性能參數(shù)是：夾斷電壓UP:25V；   飽和電流IDSS： 20mA跨導GFS：2mS        截止電壓VGS(OFF）：4V經(jīng)計算得知：Rr= UGS/ ID=0。735 K3.4 K5。我們的電路是通過改變場效應管的電阻來控制增益的,經(jīng)計算