自動增益控制電路畢業(yè)論文

1、摘 要 自動增益控制電路已廣泛用于各種接收機(jī)、錄音機(jī)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(dá)、廣播電視系統(tǒng)中也 得到了廣泛的應(yīng)用。 本課題主要研究應(yīng)用于音頻放大的前級電壓放大，因此設(shè)計(jì)的電路需容納 的頻帶范圍應(yīng)較寬，以至于使語音信號通過。由于語音信號的頻帶范圍為 300hz-3400hz,所以該電路所應(yīng)設(shè)計(jì)的頻帶范圍應(yīng)在 300hz-3400hz 之間，并且 電路應(yīng)該實(shí)現(xiàn)增益的閉環(huán)調(diào)節(jié)，通過此電路可以實(shí)現(xiàn)增益的自動調(diào)整，以至于 使音頻信號強(qiáng)時(shí)自動減小放大器的倍數(shù)，信號弱時(shí)自動增大放大器的倍數(shù)，從 而實(shí)現(xiàn)音量的自動調(diào)節(jié)。 本課題介紹了自動增益控制的概念原理以及對自

2、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(jié)果以及設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中應(yīng)該注意的問題也做了 詳細(xì)分析。 關(guān)鍵詞： 放大器；自動增益控制； 電壓跟隨器； 濾波器 ABSTRACTABSTRACT The 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 t

3、elevision 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 th

4、at can 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 Hz-3400 Hz. And the electric circuit should realize the closed loop adjustment which increa

5、ses, it 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

6、 the volume with automatic control. 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 test result of this system

7、 .Finally we have make some analysis to the design. KeyKey wordswords：Amplifier； Automatic Gain Control； AGC；Voltage follower；Filter 目 錄 引言引言1 1 1 1 自動增益控制自動增益控制1 1 1.1 自動增益控制電路（AGC）存在的意義.1 1.2 自動增益控制的基本概念 .1 1.3 自動增益控制的原理 .2 1.4 自動增益控制放大器 .4 1.5 本課題的研究內(nèi)容 .4 2 2 自動增益控制放大器的電路設(shè)計(jì)自動增益控制放大器的電路設(shè)計(jì).4 4 2.1

8、電路原理圖.4 2.2 電路元器件選擇.5 2.2. 運(yùn)算放大器.5 2.2.2 可變電阻器 .8 2.2.3 電解電容 .9 3 3 總結(jié)總結(jié)1010 4 4 心得體會心得體會1111 致致 辭辭 1212 參考文獻(xiàn)：參考文獻(xiàn)：1313 引言引言 隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)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(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中。自動增益控制 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(jìn)行調(diào)整。當(dāng)輸入信號較弱時(shí)，線性放

9、大電路工作，保證輸 出聲信號的強(qiáng)度；當(dāng)輸入信號強(qiáng)度達(dá)到一定程度時(shí)，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(jìn)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(kuò)大了接收機(jī)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?yàn)檩斎胄盘柼《鵁o法正常工作，也不至于因?yàn)檩斎?信號太大而使接收機(jī)發(fā)生飽和或堵塞。在電路設(shè)計(jì)中，這種線路被大量的運(yùn)用， 從尖端的雷達(dá)技術(shù)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(shù)中存在的信號強(qiáng)度問題。目前，實(shí)現(xiàn)自動增益控制的手段有很多，在本 文中，主要研究

10、的是如何以放大器來實(shí)現(xiàn)自動增益控制的目的，也就是自動增 益控制放大器。 1 自動增益控制 1.1 自動增益控制電路（AGC）存在的意義 接收機(jī)的輸出電平取決于輸入信號電平以及接收機(jī)的增益。而在實(shí)際接收 過程中，因各種原因會導(dǎo)致接收到的信號電平發(fā)生很大波動（弱的幾微伏，強(qiáng) 的幾百毫伏）。 1.如果接收機(jī)增益強(qiáng)信號能正常接收，而弱信號將接收不到，造成信 號的丟失。 2.如果接收機(jī)的增益弱信號能正常接收，而強(qiáng)信號有可能使接收機(jī)過 載而導(dǎo)致阻塞。 因此，人們期望接收機(jī)的增益隨輸入信號的強(qiáng)弱而變化，即輸入信號弱時(shí)， 接收機(jī)增益升高；輸入信號強(qiáng)時(shí)，接收機(jī)增益減小，以補(bǔ)償輸入信號強(qiáng)弱的影 響，達(dá)到減小輸出信

11、號電平變化的目的。 1.2 自動增益控制的基本概念 接收機(jī)的輸出電平取決于輸入信號電平和接收機(jī)的增益。由于各種原因， 接收機(jī)的輸入信號變化范圍往往很大，信號弱時(shí)可以是一微伏或幾十微伏，信 號強(qiáng)時(shí)可達(dá)幾百毫伏，最強(qiáng)信號和最弱信號相差可達(dá)幾十分貝。這個(gè)變化范圍 稱為接收機(jī)的動態(tài)范圍。 影響接收機(jī)輸入信號的因素很多，例如：發(fā)射臺功率的大小、接收機(jī)離發(fā) 射臺距離的遠(yuǎn)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(jī)環(huán)境的變化(如汽車上配備的接收機(jī))，以及人為產(chǎn)生的噪 聲對接收機(jī)的影響等。 為了防止強(qiáng)信號引起的過載，需要增大接收機(jī)的動態(tài)范圍，這就要有增益 控制電路。能夠使

12、放大電路的增益自動地隨信號強(qiáng)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?yàn)檩斎胄盘柼蠖菇邮諜C(jī)發(fā)生 飽和或堵塞。常用來使系統(tǒng)的輸出電平保持在一定范圍之內(nèi)，因而也可以稱為 自動電平控制。 當(dāng)前，該電路已廣泛用于各種接收機(jī)、錄音機(jī)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(dá)、廣播電視系統(tǒng)中也得到 了廣泛的應(yīng)用。 AGC 電路目前概括起來有模擬 AGC 和數(shù)字 AGC 電路。AGC

13、 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(shí)現(xiàn)，合適的增益設(shè)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(jié)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(shí)現(xiàn)的自動增益控制。 1.3 自動增益控制的原理 自動增益控制電路組成框圖如圖 1.1 所示 （1）可控增益放大器用于放大輸入信號ui，其增益大小取決于控制電 壓UC。 （2）振幅檢波器、直流放大器和比較器共同構(gòu)成反饋控制器 可控增益 放大器的輸出交變信號振幅檢波器變成直流信號經(jīng)直流放大器放

14、大輸出 在比較器中與參考電平UR 比較產(chǎn)生直流控制電壓UC用于控制可控增益放大 器 的增益。 ui 反饋控制器 UC 比較器 直流 放大器 振幅 檢波器 可控增益放大器 Au UR uo 圖 1.1 自動增益控制電路組成框圖 工作原理 當(dāng)輸入ui 幅度增加而使輸出uo 幅度增加時(shí)通過反饋控制器產(chǎn)生的控制 電壓UC就會使Au 減小；反之依然。 這樣，通過環(huán)路的反饋控制作用，可使輸入信號ui 幅度增大或減小時(shí)， 輸出信號uo 幅度基本保持恒定或在一個(gè)很小的范圍內(nèi)變化，從而實(shí)現(xiàn)自動增益 控制的目的。 自動增益控制電路的作用是：當(dāng)輸入信號電壓變化很大時(shí)，保持接收機(jī)輸 出電壓恒定或基本不變。具體地說，當(dāng)

15、輸入信號很弱時(shí)，接收機(jī)的增益大，自 動增益控制電路不起作用；當(dāng)輸入信號很強(qiáng)時(shí)，自動增益控制電路進(jìn)行控制， 使接收機(jī)的增益減小。這樣，當(dāng)接收信號強(qiáng)度變化時(shí)，接收機(jī)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(shí)， AGC 電路不起作用，只有當(dāng)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(shí)現(xiàn)上述要求，必須有一個(gè)能隨外來信號強(qiáng)弱而變化的控制電壓或電流 信號，利用這個(gè)信號對放大器的增益自動進(jìn)行控制。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

16、，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(shí)也包含門電路和直流 放大器等部件。 1.4 自動增益控制放大器 目前,實(shí)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(gè)控制端的電壓,就可以實(shí) 現(xiàn)調(diào)節(jié)這個(gè)放大器的增益。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(luò)后(調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的功能就是規(guī)

17、定的調(diào)整策略)加到放大器的控制端.就 可以實(shí)現(xiàn)自動增益控制。 1.5 本課題的研究內(nèi)容 本文設(shè)計(jì)的電路主要是應(yīng)用于音頻放大的前級電壓放大，因此設(shè)計(jì)的電路 需容納的頻帶范圍應(yīng)較寬，以至于使語音信號通過。由于語音信號的頻帶范圍 為 300hz-3400hz,所以該電路所應(yīng)設(shè)計(jì)的頻帶范圍應(yīng)在 300hz-3400hz 之間，并 且電路應(yīng)該實(shí)現(xiàn)增益的閉環(huán)調(diào)節(jié)，通過此電路可以實(shí)現(xiàn)增益的自動調(diào)整，以至 于使音頻信號強(qiáng)時(shí)自動減小放大器的倍數(shù)，信號弱時(shí)自動增大放大器的倍數(shù)， 從而實(shí)現(xiàn)音量的自動調(diào)節(jié)。 2 自動增益控制放大器的電路設(shè)計(jì) 2.1 電路原理圖 圖 2.1 自動增益控制電路圖 圖 2.1 中，電輸入信

18、號由 J4 或者是聲音信號由 MK1 進(jìn)入經(jīng)電容 C12 濾波 濾掉直流信號得到交流信號后送往運(yùn)放 JP2 的同相輸入端 8 腳，經(jīng)過運(yùn)算放大 器的作用得到一個(gè)輸出信號，即可達(dá)到一個(gè)自動增益控制電路。 2.2 電路元器件選擇 2.2.1 運(yùn)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(yùn)算放大器。一般 可將運(yùn)放簡單地視為：具有一個(gè)信號輸出端口（Out）和同相、反相兩個(gè)高阻抗 輸入端的高增益直接耦合電壓放大單元，因此可采用運(yùn)放制作同相、反相及差 分放大器。 運(yùn)算放大器是用途廣泛的器件，接入適當(dāng)?shù)姆答伨W(wǎng)絡(luò)，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(yùn)放的供電方式

19、一般采用雙電源供電，其輸出可在零電壓兩側(cè)變化，在差 動輸入電壓為零時(shí)輸出也可置零。當(dāng)然，在需要時(shí)也可采用單電源供電方式。 圖 2.2 運(yùn)算放大器電路符號 如果以電路符號來表示運(yùn)算放大器，則如圖 2.2 所示，可表示為三角形。 它的兩個(gè)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。 在實(shí)訓(xùn)中，運(yùn)算放大器采用 MAX9814。 MAX9814 是一款低成本、高性能麥克風(fēng)放大器，具有自動增益控制(AGC)和 低噪聲麥克風(fēng)偏置。器件具有低噪聲前端放大器、可變增益放大器(VGA)、輸出 放大器、麥克風(fēng)偏置電壓

20、發(fā)生器和 AGC 控制電路。 低噪聲前置放大器具有 12dB 固定增益；VGA 增益根據(jù)輸出電壓和 AGC 門限 在 20dB 至 0dB 間自動調(diào)節(jié)。輸出放大器提供可選擇的 8dB、18dB 和 28dB 增益。 在未壓縮的情況下，放大器的級聯(lián)增益為 40dB、50dB 或 60dB。輸出放大器增 益由一個(gè)三態(tài)數(shù)字輸入編程。AGC 門限由一個(gè)外部電阻分壓器控制，動作/釋放 時(shí)間由單個(gè)電容編程。動作/釋放時(shí)間比由一個(gè)三態(tài)數(shù)字輸入設(shè)置。AGC 保持時(shí) 間固定為 30ms。低噪聲麥克風(fēng)偏置電壓發(fā)生器可為絕大部分駐極體麥克風(fēng)提供 偏置。 MAX9814 提供節(jié)省空間的 14 引腳 TDFN 封裝。該

21、器件額定工作于-40C 至 +85C 擴(kuò)展級溫度范圍。 MAX9814 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 2.3 所示，接腳圖如圖 2.4 所示，電路接法如 圖 2.5（a）、(b)所示： 圖 2.3 MAX9814 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 MAX9814 的特性： (a). 自動增益控制(AGC) (b). 3 種增益設(shè)置(40dB、50dB、60dB) (c). 可編程動作時(shí)間 (d). 可編程動作和釋放時(shí)間比 (e). 2.7V 至 5.5V 電源電壓范圍 (f). 低輸入噪聲密度 30nV/ (g). 低 THD：0.04% (典型值) (h). 低功耗關(guān)斷模式 (i). 內(nèi)置 2V 低噪聲麥克風(fēng)偏置 (j).

22、 提供節(jié)省空間的 14 引腳 TDFN (3mm x 3mm)封裝 (k). -40C 至+85C 擴(kuò)展級溫度范圍 圖 2.4 MAX9814 的接腳 圖 2.5 MAX9814 的電路接法 2.2.2 可變電阻器 阻值可以調(diào)整的電阻器，用于需要調(diào)節(jié)電路 電流或需要改變電路阻值 的場合。可變 電阻器可以改變信號發(fā)生器的特性，使燈光變暗，啟動電動機(jī) 或控制它的轉(zhuǎn)速。根據(jù)用途的不同，可變電阻器的電阻材料可以是金屬絲、 金屬片、碳膜或?qū)щ娨骸τ谝话愦笮〉碾娏?，常用金屬型的可變電阻器?在電流很小的情況下，則使用碳膜型。當(dāng)電流很大時(shí)，電解型最合用；這種 可變電阻器的電極都浸在導(dǎo)電液中。電勢計(jì)是可變電

23、阻器的特殊形式，它使 未知電壓或未知電勢相平衡，從而測出未知電壓或未知電勢差的大小。更為 常用的電勢器只不過是一個(gè)有兩個(gè)固定接頭的電阻器，第三個(gè)接頭連到一個(gè) 可調(diào)的電刷上。電位器的另一個(gè)用途是再音響設(shè)備中用作音響控制。 可變電阻器最大阻值的讀取 ： 通常我們看到可變電阻器上的阻值標(biāo)稱有w503，w204，w102 等等，它 們是什么意思呢？ w503 就是說這個(gè)可變電阻器的阻值范圍是 050K，503 是 50103 50K，符號“n”內(nèi)的值表示 n 次方。同理 w102 就是 1K，w204 就是 200K。 在實(shí)訓(xùn)中，用到焊接式可變電阻其外形圖如圖 2.6 所示： 圖 2.6 焊接式可變電

24、阻的外形圖 2.2.3 電解電容 電解電容是電容的一種，介質(zhì)有 電解液，涂層有極性，分正負(fù)，不可 接錯(cuò)。電容(Electric capacity)，由兩個(gè)金屬極，中間夾有絕緣材料（介 質(zhì)）構(gòu)成。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 2.7 所示： 圖 2.7 電解電容的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 電解電容的原理： 電解電容器通常是由 金屬箔（鋁/鉭）作為正 電極，金屬箔的絕緣氧化 層（氧化鋁 /鉭五氧化物）作為電介質(zhì)，電解電容器以其正電極的不同分為 鋁電解電容 器和鉭電解電容器。鋁電解電容器的負(fù)電極由浸過電解質(zhì)液（液 態(tài)電解質(zhì)）的薄紙 /薄膜或電解質(zhì)聚合物構(gòu)成；鉭電解電容器的負(fù)電極通常 采用二氧化錳。由于均以電解質(zhì)作為負(fù)電極（注意

25、和電介質(zhì)區(qū)分），電解電 容器因而得名。 電解電容的特點(diǎn): 電解電容器特點(diǎn) 一：單位體積的電 容量非常大，比其它種類的電容大 幾十到數(shù)百倍。 電解電容器特點(diǎn)二：額定的容量可以做到非常大，可以輕易做到幾萬 f 甚至幾 f（但不能和雙電層電容 比） 。 電解電容器特點(diǎn)三：價(jià)格比其它種類具有壓倒性 優(yōu)勢，因?yàn)殡娊怆娙?的組成材料都是普通的工業(yè)材料，比如鋁等等。制造電解電容的設(shè)備也都是 普通的工業(yè)設(shè)備，可以大規(guī)模生產(chǎn)，成本相對比較 低。 3 3 總結(jié)總結(jié) 在通信系統(tǒng)和電子設(shè)備中 , 為了提高技術(shù)性能 , 或者實(shí)現(xiàn)某些特殊的高 指標(biāo)要求 , 廣泛的采用自動增益控制電路。在本文中詳細(xì)介紹了自動增益控制 的概

26、念及原理，對自動增益控制放大器的原理也進(jìn)行了討論及分析。確定了實(shí) 現(xiàn)增益控制功能的放大器增益范圍，并且設(shè)計(jì)出具體的電路，對各部分電路的 工作原理也進(jìn)行了詳細(xì)介紹。在文章的最后，列出了具體實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及 分析結(jié)果，對存在的問題也有了一定的認(rèn)識。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技 術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，自動增益控制的研究也在不斷的進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)自動增益控 制的方法也在不斷的完善，改進(jìn)目前在性能方面的一些不足，得到更大的提高。 4 心得體會 短短的實(shí)訓(xùn)過程結(jié)束，這次不僅是簡單的技能實(shí)踐，它讓我真正體驗(yàn)到 “紙上得來終覺淺，欲知此事需躬行”的道理。讓我真正體驗(yàn)了鄧小平爺爺所 說“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)” 。 讓我真正體會“我聽到的我會忘掉，我看 到的我能記住，我做過的才真正明白” 。我每次實(shí)習(xí)結(jié)束后，都根據(jù)自己的情況 去感悟，去反思，我實(shí)習(xí)的學(xué)得了什么呢？ 雖然在實(shí)訓(xùn)中我不是完全懂，但我學(xué)會思考，學(xué)會學(xué)習(xí)。老師們耐心地一 一給我講解原理，分析電路原理圖，讓我 “知其然，而知其所以然” ，讓我學(xué) 會從理論聯(lián)系到實(shí)際。還有同學(xué)的幫助、鼓勵(lì)和提醒讓我受益匪淺。 從得出電路，到理解原理，以及畫 PCB 圖和最后制成電路板，對于我來說， 每一個(gè)步驟都是那么困難，有時(shí)候花了一整天時(shí)間也沒有完成一個(gè)小小的步驟！ ！但是，