自动增益电路实验报告资料.docx
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自动增益电路实验报告资料
电子测量与电子电路实践
实验四自动增益控制（AGC）电路的设计与实现
实验报告
班级：
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学号：
班内序号：
一、课题名称：
自动增益控制（AGC）电路的设计与实现
二、摘要
自动增益控制（AutomaticGainControl,AGC）电路使放大电路的增益自动地随信号强度而调整的自动控制方法，实现这种功能的电路简称AGC电路，该电路广泛应用于广播电视、无线通信、传感器处理电路等。
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，在输入信号0.5mV~50Vrms以及信号带宽100~5KHz范围内，使输出信号限制在0.5~1.5Vrms，变化较小，简单有效地实现了自动增益控制的功能。
关键词：
自动增益控制直流耦合互补级电子电路短路晶体管
三、设计任务要求：
1、基本要求：
当音频输入信号在40dB的变化范围内，输出信号的幅度变化不超过5dB。
1）设计指标以定条件为：
输入信号：
0.5~50mVrms;输出信号：
0.5~1.5Vrms;信号带宽：
100~5kHz;
2）设计该电路的电源电路（不要求实际搭建），用PROTEL软件绘制完整的电路原理图（SCH）及印制电路板（PCB）。
2、提高要求：
1）设计一种采用其他方式的AGC电路；
2）采用麦克风输入作为，8Ω喇叭输出的完整音频系统；
3）如何实际具有更宽输入电压范围的AGC电路；
4）测试ACG电路中的总谐波失真（THD）及如何有效降低THD。
设计思路、总体结构框图
1、设计思路
1）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，如下图：
2）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。
如下图，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VREG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。
I
对于正电流I的所有可用值（一般都小于晶体管的最大额定射极电流IE，晶体管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。
短路晶体管的VI（电压—电流）特性曲线非常类似于PN二极管，符合肖特基方程，即期间电压的变化与直流电流变化的对数成正比。
3）从下图可以看出，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、总体构架框图
四、分块电路和总体电路的设计（含电路图）
1、分块电路：
1）驱动缓冲电路
驱动缓冲设计电路图如上图所示，当输入信号VIN驱动缓冲极Q1时，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）
2由于R3未旁路，使Q1电压增益降低至：
AQ1=－βR4/〔rbe+（1+β）R3〕≈－R4/R3
3如公式
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+β）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。
2）直流耦合互补级联放大电路
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，构成了直流耦合互补级放大电路，为AGC电路提供大部分电压增益。
R14是1kΩ电阻，将发射极输出跟随器Q4与信号输出隔离开来。
必要时，R14可选用更低的电阻，但如果R14过低，则大电容的连接电缆会使Q4进入寄生震荡。
3）AGC反馈电路
1电路图如图所示，电阻R4构成可变衰减器的固定电阻，而Q6构成衰减器的可变电阻部分。
晶体管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。
2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。
3电阻R19用于限制通过Q5和Q6的最大直流控制电流。
4D1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。
5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。
6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。
2、总体电路
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。
五、实现功能说明
1）实现功能：
自动增益控制,即根据输入的强弱控制增益大小，保证输出相对稳定于一个较小的范围。
2）实验方法：
（控制变量）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。
3）部分工作点测量
4、10、11、15分别为Q1、Q2、Q3、Q4输出点电压。
实测直流工作点：
2.080V，8.320V，4.944V，4.942V
4）数据
f/HzVi/mV
200
500
1000
2000
3000
4000
5000
5
695V
693V
692V
691V
690V
689V
686V
10
719V
725V
720V
719V
715V
716V
714V
20
745V
745V
745V
743V
742V
740V
737V
30
754V
759V
760V
759V
757V
755V
751V
40
764V
767V
768V
766V
764V
763V
760V
50
773V
778V
778V
777V
775V
772V
767V
图为输入1kHz,输入幅度为50mVrms时的示波器以及输出电压图
从示波器输出以及数据表格均可看出，在要求的输入以及带宽范围内，输出幅度均在要求范围内，并且变化较小，较好地实现了自动增益控制。
七、故障及问题分析
R15自己短路了
在试验中，我的输出会随着输入的增大而变成方波。
我刚开始以为是电路没有搭对，所以就检查了好几遍电路，发现电路的连接并没有问题。
后来把自动增益部分断开，发现虽然不能自动增益，但是不会变成方波。
我于是开始对自动增益部分开始逐个原件进行测试，最终发现是R15短路了，使得输出波形变成方波。
在以后的实验中，要先测试好原件的稳定性，然后再进行实验，否则查找问题会特别麻烦。
八、总结和结论
本次实验进行的还算比较顺利，在第三次做实验的时候就已经做出波形了。
主要是老师在实验前告诉我们如何看这个电路图，并且告诉我们因该如何实验。
在调试的时候我虽然因为R15短路而输出方波，我在查找问题上画了点时间。
刚开始我采用分级调节，但是和仿真的结果不太一样，于是我测了测直流工作点，直流工作点正确了我就开始下一级的测试。
所以实际实验和仿真还是有比较大的差别。
经过这次实验，我体会到做电路实验不仅要明白电路的原理，细心的连接电路，而且还要熟练的使用各种测量仪器，这样才能又快又好的完成实验任务。
九、软件仿真电路图和波形图
1、Multisim仿真
电路图
波形图
十、所用元器件及测试仪表清单
1、元器件清单
元器件
标号
参数
个数
电阻
R1
200Ω
1
电阻
R2
1MΩ
1
电阻
R3
2KΩ
1
电阻
R4
30KΩ
1
电阻
R5
2KΩ
1
电阻
R6
300KΩ
1
电阻
R7
430KΩ
1
电阻
R8
16KΩ
1
电阻
R9
560Ω
1
电阻
R10
16KΩ
1
电阻
R11
27KΩ
1
电阻
R12
100Ω
1
电阻
R13
390Ω
1
电阻
R14
1KΩ
1
电阻
R15
1.1KΩ
1
电阻
R16
56KΩ
1
电阻
R17
1.8MΩ
1
电阻
R18
330Ω
1
电阻
R19
3.3KΩ
1
电容
C1
3.3uF
1
电容
C2
100uF
1
电容
C3
2200uF
1
电容
C4
0.22uF
1
电容
C5
220uF
1
电容
C6
100uF
1
电容
C7
33uF
1
电容
C8
10uF
1
电容
C9
1000uF
1
电容
C10
1000uF
1
二极管
D1
1N4148
1
二极管
D2
1N4149
1
晶体管
Q1
NPN8050
1
晶体管
Q2
NPN8050
1
晶体管
Q3
PNP8550
1
晶体管
Q4
NPN8050
1
晶体管
Q5
NPN8050
1
晶体管
Q6
NPN8050
1
导线
若干
2、测试仪器清单
名称
型号
编号
作用
函数信号发生器
GFG-8219A
20020915
产生交流信号
示波器
SS-7804
DLZX0022
显示输入输出波形
交流毫伏表
YB2173F
20104837
测量交流有效值
直流电压表
HT-1712A
510-26
提供直流电压
万用表
UT61A
11
测量直流电压、电阻值
一．参考文献
[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]《<电子测量与电子电路>综合设计型实验讲义》北京邮电大学电子工程学院电路中心
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