自动增益控制电路的设计与实现

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1、电子电路综合设计实验7.5 自动增益控制电路的设计实验报告 学院： 信息与通信工程学院班级： 姓名： 学号： 班内序号：一 课题名称：自动增益控制电路的设计二 摘要 在处理输入模拟信号时，经常会遇到通信信道或传感器衰减强度大幅变化的情况。针对此问题，可以采用自动增益控制（AGC）的自适应前置放大器，使增益能够随信号强弱而自动调整，以保持输出相对稳定。AGC电路实现有反馈控制、前馈控制和混合控制三种，本实验采用了短路双极晶体管直接进行小信号控制的方法，控制输入信号在0.5mV50Vrms范围（40dB范围内），使输出信号在0.51.5Vrms，即输出电压变化不超过5dB，信号带宽1005KHz，

2、从而简单有效地实现了AGC的功能。 关键词：自动增益控制、直流耦合互补级三 设计任务要求1.基本要求：设计一个AGC电路，要求设计指标以及给定条件如下： （1）电源电压：9V (2)输入信号电压：0.550mVrms；（3）输出信号：0.51.5Vrms；（4）信号带宽：1005KHz。 （5）设计该电路的电源电路（不要求实际搭建）2.提高要求：设计一种采用其他方式的AGC电路。四设计思路、总体结构框图1.设计思路AGC电路的实现有反馈控制、前馈控制和混合控制等三种，典型的反馈控制AGC由可变增益放大器（VGA）以及检波整流控制组成，本实验中电路采用了短路双极晶体管直接进行小信号控制的方法，从

3、而简单而有效的实现AGC功能，如图1。图1-反馈式AGC如图2，可变分压器由一个固定电阻R1和一个可变电阻构成，控制信号的交流振幅。可变电阻由采用基极集电极短路方式的双极晶体管微分电阻实现，为改变Q1的电阻，可从一个有电压源V2和大阻值电阻R2组成的电流源直接向短路晶体管注入电流。为防止R2影响电路的交流电压传输特性，R2的阻值必须远大于R1。图 2 由短路三极管构成的衰减器电路对于输入Q1集电极的正电流的所有可用值，Q1的集电极发射极饱和电压小于它的基极发射极阈值电压，于是晶体管工作在有效状态，其VI特性曲线如图2所示。可以看出，短路晶体管的微分电阻与流过的直流电流成反比，即器件的微分电导直

4、接与电流成正比。在工作状态下，共射极连接的双极型晶体管的电流放大系数一般在100或100以上，在相当大的电流范围内，微分电阻都正确地遵守这一规则。图中所示的晶体管至少可以在五个十倍程范围内控制微分电阻，即控制幅度超过100dB。2.电路结构框图自动增益控制电路主要由驱动缓冲电路、级联放大电路、输出跟随电路和增益反馈电路4个部分组成，如图3. 驱动缓冲电路 级联放大电路 输出跟随电路 增益反馈电路 图 3五.分块电路和总体电路的设计（含电路图）1.分块电路1）驱动缓冲级其设计电路图如图4所示，当输入信号VIN驱动缓冲极Q1时，组成基极集电极输出的共射电路，它的非旁路射极电阻R3有四个作用： 它将

5、Q1的微分输出电阻提高到接近公式（1）所示的值。该电路中 的微分输出电阻增加很多，使R4的阻值几乎可以唯一地确定这个输出电阻。RD1rbe+(1+rce/rbe)(R3/rbe) （1） 由于R3未旁路，使Q1电压增益降低至：AQ1=R4/rbe+(1+)R3R4/ R3 (2) 如公式（2）所示，未旁路的R3有助于Q1集电极电流电压驱动的线性 响应。 Q1的基极微分输入电阻升至RdBASE=rbe+(1+)R3，与只有rbe相比，它 远远大于Q1的瞬时工作点，并且对其依赖性较低。实验测试得晶体管Q1放大倍数很小，起到稳定输入的缓冲作用。图 4 驱动缓冲级电路2）直流耦合互补级联放大部分电路图

6、如图5所示；图中晶体管Q2为NPN管，Q3为PNP管，将Q2的集电极与Q3的基极相连，两个管子实现共射共射放大，利用直流耦合构成互补放大器，为电路提供大部分电压增益。图 5 直流耦合互补级联放大电路3）自动增益控制部分电路（AGC）电路图如图6所示，其中R4构成可变衰减器的固定电阻，类似于图2中的电阻R1，而Q6构成衰减器的可变电阻部分， Q5为Q6提供集电极驱动电流，Q5的共射极结构只需要很少的基极电流，而射极电流流入Q6集电极，由于可变电阻的阻值与其流过的电流成反比，可改变电阻值。因为电阻R17与C6并联，由于有二极管D1、D2单向导通作用，C6只能通过R17放电，故R17决定了AGC的释

7、放时间。在实际中，R17阻值可以选得大一的，延长AGC释放时间，方便观察。电阻R19用于限制通过Q5和Q6的最大直流控制电流。D1和D2构成一个倍压整流器，从输出级Q4提取信号的一部分，为Q5生成控制电压。这种构置可以容纳非对称信号波形的两极性的大峰值振幅。电阻R15决定了AGC的开始时间。若与C6组合的R15过小，则使反馈传输函数产生极点，导致不稳定。反馈原理：反馈电路在Q4发射极进行电压取样，另一端接C3后面，在输入中电路进行电流相加，由瞬时极性法可判断该反馈类型为电压并联负反馈。即当输入信号增大时，输出电流也增大，Q6的微分电阻就会跟这变小，由于负反馈的作用，输入信号就会变小，导致输出减

8、小，最终实现了输出信号基本稳定。反之亦然，从而实现自动增益控制功能。图 6 自动增益控制电路2.总体电路总体电路图如下：当输入信号为0.550mVrms（40dB动态范围），信号带宽为100Hz5KHz，使输出信号在0.51.5Vrms（变化不超过5dB）内。并且，正弦输入信号从0.5至50mVrms的步长变化时的AGC开始时间约为0.3s，从50mVrms到0.5mVrms的AGC释放时间约为100s。图 7 总体电路图六实现功能说明1）自动增益控制功能的实现实验方法：先保持恒定的信号频率，将输入信号的有效值从0.5mV逐渐提高到50mV，用示波器记录输入输出波形，用交流毫伏表测量输入输出有

9、效值。再改变信号频率，使信号频率在100HZ至5000HZ之间变化。以下为实验数据表格。 f(HZ) Vo(mv)Vi(mv)100100020003000400050000.56856866866856856875753749748748747745107747707697687667652079979379279078978725808800799798796794358238128108108088064082981781781581481250840826826824822820结果分析：可以从示波器波形和测试数据得出：在实验要求的频段内，当输入信号从0.5mVrms变化到50mVrm

10、s时，输出大约只是从685mVrms变化到840mVrms，输入变化了100倍，而输出仅增大了1.2倍，符合设计的要求。扩展：经过实验发现，输入信号的幅度和频率在0.4mv,100HZ至707mv,173KHZ之间变化时，均可有较为稳定的输出。2)9V电源电路的设计图8 9V稳压电路3)采用其他方式的AGC电路的设计图9 采用其他方式的AGC电路 如图所示为由VCA610与运放OPA680构成的AGC电路，即自动增益控制电路。该电路用运放OPA680来反馈输出电压Vo。二极管、电容CH及电阻R3构成峰值检波器，对输出信号的正峰值进行检波，在CH上产生反映输出电压峰值的控制电压送到增益控制端Vc

11、，当输出电压Vo的正峰值高于参考电压VR时，VCA610的增益下降，从而保证输出电压在一定的线性范围内，即为常数1000：1。 R1、R2的分压值影响二极管的导通，配合R3、CH的时间常数，决定了正确的AGC起控点，自动增益控制范围为60dB。R4、Cc用于OPA680反馈回路的相位补偿。七.故障及问题分析 本实验的AGC电路较为复杂，在搭建电路时必须细心耐心，第一次搭建完成后，没有波形输出，排线也较为凌乱，第二次开始搭建电路时，我先采用逐级搭建的方法，即按照驱动缓冲电路、级联放大电路、AGC反馈电路的顺序进行，发现了第一次搭建时用错了电容。并逐级测试Q1、Q2、Q3、Q4的输出波形，在坐标纸

12、上记录下波形。然而联调时仍没有正确的波形输出，遂逐一检查电路，发现是将各个部分联合时，未对加了Vcc之后的电阻位置进行调整所导致的。经过三次调整，终于输出了合理的波形。八.总结和结论 在此次实验中，我初步了解了AGC自动增益的原理，在设计、搭建电路的同时也巩固了我以前学过的知识，提高了综合运用能力和动手能力。在实验中，进一步熟悉了multisim仿真软件的使用，熟悉了实验室中各种仪器的使用和调试，也学会了检查和分析电路中出现问题的原因，并且通过自己的思考找到了解决方法。 最重要的是这次实验是对我的耐心和细心程度的一次考验，使我受益匪浅。九. 所用元件及测试仪表清单名称数量名称数量数字万用表1台NPN三极管（8050）5个稳压电源1台二极管（1N4148）2个 示波器1台电阻、电容若干集成运算放大器2个其他PNP三极管（8550）1个十二、参考文献1电子电路综合设计实验教程 北京邮电大学电路实验中心2电子电路基础 刘宝玲主编 高等教育出版社