自动增益控制电路的设计与实现Word格式文档下载.docx
《自动增益控制电路的设计与实现Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自动增益控制电路的设计与实现Word格式文档下载.docx（8页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
3．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：
0.5～50mVrms；
（3）输出信号：
0.5～1.5Vrms；
（4）信号带宽：
100～5KHz。
（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：
1它将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。
RD1≈rbe+（1+βrce/rbe（R3//rbe
（1）
2由于R3未旁路，使Q1电压增益降低至：
AQ1=－βR4/〔rbe+（1+βR3〕≈－R4/R3（2
3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。
4Q1的基极微分输入电阻升至RdBASE=rbe+（1+βR3，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0.5～50mVrms（40dB动态范围），信号带宽为100Hz～5KHz，使输出信号在0.5～1.5Vrms（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
100
1000
2000
3000
4000
5000
0.5
685
686
687
5
753
749
748
747
745
10
774
770
769
768
766
765
20
799
793
792
790
789
787
25
808
800
798
796
794
35
823
812
810
806
40
829
817
815
814
50
840
826
824
822
820
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50mVrms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。
29V电源电路的设计
图89V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，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。
9.所用元件及测试仪表清单
名称
数量
数字万用表
1台
NPN三极管（8050）
5个
稳压电源
二极管（1N4148）
2个
示波器
电阻、电容
若干
集成运算放大器
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
升级会员 