自動(dòng)增益試驗(yàn)報(bào)告

1、電子電路綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) -自動(dòng)增益控制電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告北京郵電大學(xué)理學(xué)院2011214103 班劉辰學(xué)號(hào)： 2011212657電子電路綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) -自動(dòng)增益控制電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要 隨著電子電路技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)增益電路廣泛的應(yīng)用于錄音機(jī)、雷達(dá)、廣播，乃至 于光纖通信、衛(wèi)星通信、無線通信等等的領(lǐng)域中。自動(dòng)增益電路，簡(jiǎn)稱 AGC 電路， 即 Auto gain control 電路。很多時(shí)候系統(tǒng)會(huì)遇到不可預(yù)知的信號(hào)等等原因，導(dǎo)致輸入 信號(hào)幅度變化較大時(shí)。此時(shí)，使用帶“自動(dòng)增益控制”的自適應(yīng)前置放大器，使增益 能隨信號(hào)強(qiáng)弱而自動(dòng)調(diào)整，以保持輸出相對(duì)穩(wěn)定。本實(shí)驗(yàn)介

2、紹了一種簡(jiǎn)單的反饋式 AGC電路，適用于低頻段小信號(hào)處理的系統(tǒng)中。 關(guān)鍵詞：自動(dòng)增益控制 , 反饋，倍壓整流，可變衰減設(shè)計(jì)任務(wù)要求1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）了解 AGC（自動(dòng)增益控制）的自適應(yīng)前置放大器 的應(yīng)用。2）掌握 AGC電路的一種實(shí)現(xiàn)方法。3）提高獨(dú)立設(shè)計(jì)電路和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的能力2 實(shí)驗(yàn)任務(wù)1）設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)如圖 3所示的 AGC 電路，設(shè)計(jì)指標(biāo)以及給定條件為： 輸入信號(hào)： 0.550mVrms； 輸出信號(hào)： 0.51.5Vrms； 信號(hào)帶寬： 0.15KHz ；2 ）設(shè)計(jì)該電路的電源電路（不要求實(shí)際搭建）三、設(shè)計(jì)思路與總體結(jié)構(gòu)框圖1、設(shè)計(jì)思路1）該實(shí)驗(yàn)電路中使用了一個(gè)短路雙極晶體管直接進(jìn)行小信號(hào)控制

3、的方法，從而相對(duì)簡(jiǎn)單而有效實(shí)現(xiàn)預(yù)通道 AGC的功能。如下圖，可變分壓器由一個(gè)固定電阻 R1和一個(gè)可變 電阻構(gòu)成，控制信號(hào)的交流振幅。 可變電阻采用基極 - 集電極短路方式的雙極性晶體管 微分電阻實(shí)現(xiàn)為改變 Q1電阻，可從一個(gè)由電壓源 Vreg 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(yuǎn)大于 R1.電子電路綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) -自動(dòng)增益控制電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)反饋式 AGCI由短路三極管構(gòu)成的衰減器1) 對(duì)正電流的 I所有可用值，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

4、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(duì)數(shù)成正比。3)輸入信號(hào) VIN 驅(qū)動(dòng)輸入緩沖極 Q1，中間互補(bǔ)級(jí)聯(lián)放大電路 Q2、Q3提供大部分電壓增益， 通過負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)回到放大級(jí)的輸入端。 Q6 構(gòu)成衰減器的可變電阻部分， D1、D2 構(gòu)成一 個(gè)倍壓整流器。它從輸出級(jí) Q4 提取信號(hào)的一部分并為 Q5生成控制電壓，這種構(gòu)置可以 容納非對(duì)稱信號(hào)波形的兩極性的大峰值振幅。電阻 R15 決定 AGC的開始時(shí)間，電阻 R17 決定 AGC的釋放時(shí)間。在一些需用高電壓、小電流的地方，常常使用倍壓整流電路。倍壓整流，可以把

5、 較低的交流電壓，用耐壓較低的整流二極管和電容器，“整”出一個(gè)較高的直流電壓。 倍壓整流電路一般按輸出電壓是輸入電壓的多少倍，分為二倍壓、三倍壓與多倍壓整 流電路。電路工作中，當(dāng)二極管 D3導(dǎo)通， D4 截止，電流經(jīng)過 D3 對(duì)電路中的電容充電，將電容 C11 上的電壓充到接近加在 D3 上電壓的峰值，并基本保持不變；電子電路綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) -自動(dòng)增益控制電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)當(dāng)加在 C11上的電壓反向時(shí)，二極管 D4導(dǎo)通， D3截止，此時(shí)，加在 C11上的反向電 壓繼續(xù)通過 D4 對(duì)電容 C11充電，充電電壓峰值為加在 D4 兩端的電壓峰值。如此反復(fù)充電， C11上的電壓就基本上就維持在加在 D3、

6、D4上的交流電壓峰值兩倍。 故稱為倍壓整流電路。1、總體結(jié)構(gòu)框圖（ 1）一個(gè)簡(jiǎn)單 AGC電路：反饋2）本實(shí)驗(yàn)電路框圖：1 2 3 五、實(shí)驗(yàn)分塊電路的作用和總體電路1, 信號(hào)緩沖輸入級(jí)電路電子電路綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) -自動(dòng)增益控制電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2，直流耦合互補(bǔ)級(jí)聯(lián)電路（提供大部分增益）：3，信號(hào)輸出級(jí)電路（射極跟隨器 Q4）：4，倍壓整流（ D1、D2 與電容 C6構(gòu)成）與反饋電路：電子電路綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) -自動(dòng)增益控制電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)5、總體電路設(shè)計(jì) 該電路主要由輸入前級(jí)、中間直流互補(bǔ)級(jí)聯(lián)放級(jí)、倍壓整流電路、反饋網(wǎng)絡(luò)組成。其中 反饋網(wǎng)絡(luò)跨在直流互補(bǔ)耦合級(jí)聯(lián)放大級(jí)的前端與輸出級(jí)的前端之間，使信號(hào)自動(dòng)衰

7、減為一 定的值（小幅波動(dòng)），實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制。電子電路綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) -自動(dòng)增益控制電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)六、所實(shí)現(xiàn)功能說明1、基本功能：輸入的信號(hào)范圍在 0.5 50mVrms時(shí)，經(jīng)過輸入緩沖級(jí)， 直流耦合互補(bǔ)級(jí)聯(lián)放大信 號(hào)（提供大部分增益），經(jīng)過射極跟隨器，接輸出端同時(shí)引反饋回去到放大級(jí)前端，反 饋由具有倍壓整流作用的 D1、D2 和可變衰減器，對(duì)不同的輸入信號(hào)，反饋信號(hào)大小不 一樣，使經(jīng)輸入緩沖級(jí)放大電路放大的信號(hào)與反饋信號(hào)疊加，疊加后的信號(hào)幅度在很 小的范圍波動(dòng)，再經(jīng)過放大，使輸出電壓 0.5 1.5Vrms，信號(hào)帶寬滿足覆蓋 100Hz 5KHz的要求，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)增益控制。2、直流電源： V

8、cc=9V3、主要測(cè)試數(shù)據(jù)：調(diào)節(jié)增益時(shí)間：約為 0.5s 左右電子電路綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) -自動(dòng)增益控制電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)f/HzVi/mVrms10010003000500050.780.780.780.78100.810.810.810.81200.810.810.810.81300.790.790.790.79500.800.800.800.804、測(cè)試方法：（1）輸入端接輸入信號(hào)， 電壓有效值 0.5 50mV，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(cè)試，即保持一個(gè)變量不變，改變另一 變量，使其在規(guī)定范圍內(nèi)按一定的步長(zhǎng)變化，用示波器觀察輸入輸出信號(hào)，使用

9、交 流毫伏表測(cè)量輸入輸出的信號(hào)電壓的有效值，計(jì)算增益；（2）具體測(cè)試過程如下：保持輸入電壓有效值 0.5mV，改變信號(hào)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(cè)數(shù)據(jù)；為測(cè)試電路的帶寬，可以改變頻率到更 低和更高的值，使輸出信號(hào)電壓衰減到 3dB 處，測(cè)出上限截止頻率） ，測(cè)量記錄如 上表格所示；（3）由測(cè)出的數(shù)據(jù)可以計(jì)算出增益，同時(shí)可見，再輸入電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)大幅波 動(dòng)時(shí)，輸出電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)以很小幅度波動(dòng)，即可認(rèn)為輸入在規(guī)定范圍內(nèi)變化 時(shí)，輸出不變，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)增益控制的功能；（4）為了解反饋網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)增益控制電路中的作用，可以在反饋輸出端接示波

10、器通 道來觀察測(cè)量反饋輸出信號(hào)，亦可把反饋引回的線去掉，用示波器觀察測(cè)量沒 有反饋時(shí)的輸出信號(hào)，記錄測(cè)量的數(shù)據(jù)，分析可以看出反饋網(wǎng)絡(luò)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(jí)（該實(shí)驗(yàn)中注釋為 Q1）的集電極輸出波形，記錄測(cè)量 數(shù)據(jù)；把反饋去掉，同樣觀察測(cè)量 Q1集電極的波形，對(duì)比可見，有反饋的時(shí)候 Q1的集電極輸出信號(hào)幅值基本為 2mV，而無反饋的時(shí)候， Q1的集電極輸出信號(hào) 幅值為伏級(jí)上的，比有反饋的時(shí)候大的多，可見自動(dòng)衰減的負(fù)反饋信號(hào)與經(jīng)緩 沖級(jí)放大的信號(hào)疊加，使信號(hào)維持在一個(gè)比較穩(wěn)定的值。（6）測(cè)量倍壓整流電路（ D1、 D2構(gòu)成）的輸

11、出信號(hào)波形，增進(jìn)對(duì)倍壓整流器的工作 原理的理解。經(jīng)過以上步驟，自動(dòng)增益控制電路的測(cè)試基本完成。電子電路綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) -自動(dòng)增益控制電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)七、故障及問題分析連接電路時(shí)，有部分缺少元件，使用了近似的電阻做代替，或者與其他同學(xué)交換，部分 無法代替的去找老師領(lǐng)取。同時(shí)，測(cè)試電路時(shí)發(fā)現(xiàn)了正負(fù)極接反的電容，發(fā)出的小爆炸 聲，電容燒壞，因而重新接入了新的電容。另一方面，電路板面并不是很美觀，用了很 長(zhǎng)時(shí)間整理面板。八、總結(jié)和結(jié)論1、本實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)了理論與實(shí)踐的綜合，不止要理論設(shè)計(jì)清晰，而且手動(dòng)搭建電路時(shí)候也 不能出錯(cuò)。實(shí)際中就多次檢查出電路連接錯(cuò)誤而無法完成實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)，我們更 深的理解了模擬電路的

12、知識(shí)精髓。2、由于自動(dòng)增益控制電路比較復(fù)雜，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中應(yīng)該進(jìn)行整體協(xié)調(diào)與局部分析。當(dāng) 電路的輸出電壓波形不符合預(yù)期時(shí)， 要根據(jù)實(shí)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，例如當(dāng)輸出不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制時(shí)，可以基本確定是 倍壓整流與反饋的電路出現(xiàn)問題，這樣可使我們縮小排查的范圍，提高實(shí)驗(yàn)效率， 同時(shí)加深理解了電路每一部分的具體功能。3、本實(shí)驗(yàn)需要我們有較強(qiáng)的動(dòng)手能力和統(tǒng)籌安排能力。在連接電路前，應(yīng)該先將元件 清單列出，找出缺少的零件，統(tǒng)一整理好后做好標(biāo)注以便在后期連接電路的過程中 選擇或更改元器件。另外，在連接電路之前，應(yīng)該先設(shè)計(jì)好具體的電路布局，使得 整體清晰美觀，這樣可以避

13、免不必要的返工。4、輸出的信號(hào)電壓基本為 0.78Vrms，以很小幅度波動(dòng)， 在實(shí)驗(yàn)要求的范圍內(nèi)， 輸出信 號(hào)帶寬為 50Hz225KHz，覆蓋要求的頻率寬度， 可以處理寬頻帶的信號(hào)， 說明該電 路對(duì)信號(hào)處理能力強(qiáng)， 但同時(shí)帶來一個(gè)問題，通頻帶寬，選擇性差。5、該自動(dòng)增益控制電路， 輸入信號(hào)范圍為 0.5 50mVrms輸出信號(hào)為 0.5 1.5Vrms 信 號(hào)帶寬： 1005KHz，適合應(yīng)用于低頻段小信號(hào)處理的系統(tǒng)中。7、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)該堅(jiān)持不懈、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)，不要因?yàn)闊o法得出滿意的結(jié)果而放棄，應(yīng)該 一步步的尋找錯(cuò)誤在哪里并且解決。九、PROTEL繪制的原理圖1、PROTEL 繪制的 AGC 電路原理圖： 該電路主要有幾部分組成：輸入前級(jí)、中間直流互補(bǔ)級(jí)聯(lián)放大級(jí)、倍壓整流電路、 反饋網(wǎng)絡(luò)、輸出級(jí)。其中反饋網(wǎng)絡(luò)跨在直流互補(bǔ)耦合級(jí)聯(lián)