北郵自動(dòng)增益控制電路的設(shè)計(jì)

1、電子測量與電子電路實(shí)踐實(shí)驗(yàn)7.5 自動(dòng)增益控制電路的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告班級：姓名：學(xué)號：一 課題名稱：自動(dòng)增益控制電路的設(shè)計(jì)二 實(shí)驗(yàn)摘要針對某些電路應(yīng)用對固定強(qiáng)度（幅度）信號的要求，我們通過采用AGC自動(dòng)增益控制的自適應(yīng)前置放大器，使增益能夠隨信號強(qiáng)弱而自動(dòng)調(diào)整，以保持電路輸出相對穩(wěn)定。本實(shí)驗(yàn)采用了短路雙極晶體管直接進(jìn)行小信號控制的方法，在輸入信號0.5mV50Vrms以及信號帶寬1005KHz范圍內(nèi)，使輸出信號限制在0.51.5Vrms，變化較小，簡單有效地實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)增益控制的功能。關(guān)鍵詞：電子電路 自動(dòng)增益控制 直流耦合互補(bǔ)級三 設(shè)計(jì)任務(wù)要求1. 基本要求：設(shè)計(jì)一個(gè)AGC電路，設(shè)計(jì)指標(biāo)以及給定條

2、件為：（1） 電源電壓：9V；（2） 輸入信號：0.5mV50mV；（3） 輸出信號：0.5V1.5Vr；（4） 信號帶寬：100Hz5KHz；（5） 設(shè)計(jì)該電路的電源電路（不要求實(shí)際搭建）。2. 提高要求：（1） 設(shè)計(jì)一種采用其他方式的AGC電路。（2） 采用麥克風(fēng)輸入作為，8喇叭輸出的完整音頻系統(tǒng)。（3） 如何實(shí)際具有更寬輸入電壓范圍的AGC電路。（4） 測試ACG電路中的總諧波失真（THD）及如何有效降低THD。四 設(shè)計(jì)思路、總體結(jié)構(gòu)框圖1. 設(shè)計(jì)思路1) 典型的反饋控制AGC由可變增益放大器（VGA）以及檢波整流控制組成，如下圖：2) 本實(shí)驗(yàn)中電路采用了短路雙極晶體管直接進(jìn)行小信號控制

3、的方法，從而簡單而有效的實(shí)現(xiàn)AGC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，控制信號的交流振幅?？勺冸娮栌刹捎没鶚O集電極短路方式的雙極晶體管微分電阻實(shí)現(xiàn)，為改變Q1的電阻，可從一個(gè)有電壓源VREG和大阻值電阻R2組成的電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。I對于正電流I的所有可用值（一般都小于晶體管的最大額定射極電流IE，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)。短路晶體管的VI（電壓電流）特性曲線非常類似于PN二極管，符合肖特基方程，即期間電壓的變化與直流電流變化的對數(shù)成

4、正比。3) 從下圖可以看出，短路晶體管的微分電阻與流過的直流電流成反比，即器件的微分電導(dǎo)直接與電流成正比。在工作狀態(tài)下，共射極連接的雙極型晶體管的電流放大系數(shù)一般在100或100以上，在相當(dāng)大的電流范圍內(nèi)，微分電阻都正確地遵守這一規(guī)則。圖中所示的晶體管至少可以在五個(gè)十倍程范圍內(nèi)控制微分電阻，即控制幅度超過100dB。2. 總體構(gòu)架框圖五 分塊電路和總體電路的設(shè)計(jì)（含電路圖）1. 分塊電路1） 驅(qū)動(dòng)緩沖電路驅(qū)動(dòng)緩沖設(shè)計(jì)電路圖如上圖所示，當(dāng)輸入信號VIN驅(qū)動(dòng)緩沖極Q1時(shí)，它的非旁路射極電阻R3有四個(gè)作用： 它將Q1的微分輸出電阻提高到接近公式（1）所示的值。該電路中 的微分輸出電阻增加很多，使R4

5、的阻值幾乎可以唯一地確定這個(gè)輸出電阻。RD1rbe+(1+rce/rbe)(R3/rbe) 由于R3未旁路，使Q1電壓增益降低至：AQ1=R4/rbe+(1+)R3R4/ R3 如公式所示，未旁路的R3有助于Q1集電極電流電壓驅(qū)動(dòng)的線性響應(yīng)。 Q1的基極微分輸入電阻升至RdBASE=rbe+(1+)R3，與只有rbe相比，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Q1的瞬時(shí)工作點(diǎn)，并且對其依賴性較低。2） 直流耦合互補(bǔ)級聯(lián)放大電路 圖中晶體管Q2為NPN管，Q3為PNP管，將Q2的集電極與Q3的基極相連，構(gòu)成了直流耦合互補(bǔ)級放大電路，為AGC電路提供大部分電壓增益。R14是1k電阻，將發(fā)射極輸出跟隨器Q4與信號輸出隔離開來。

6、必要時(shí)，R14可選用更低的電阻，但如果R14過低，則大電容的連接電纜會(huì)使Q4進(jìn)入寄生震蕩。3） AGC反饋電路 電路圖如圖所示，電阻R4構(gòu)成可變衰減器的固定電阻，而Q6構(gòu)成衰減器的可變電阻部分。晶體管Q5為Q6提供集電極驅(qū)動(dòng)電流，Q5的共射極結(jié)構(gòu)只需要很少的基極電流。 因?yàn)殡娮鑂17與C6并聯(lián)，由于有二極管D1、D2單向?qū)ㄗ饔茫珻6只能通過R17放電，故R17決定了AGC的釋放時(shí)間。在實(shí)際中，R17阻值可以選得大一的，延長AGC釋放時(shí)間，方便觀察。 電阻R19用于限制通過Q5和Q6的最大直流控制電流。 D1和D2構(gòu)成一個(gè)倍壓整流器，從輸出級Q4提取信號的一部分，為Q5生成控制電壓。這種構(gòu)置可

7、以容納非對稱信號波形的兩極性的大峰值振幅。 電阻R15決定了AGC的開始時(shí)間。若與C6組合的R15過小，則使反饋傳輸函數(shù)產(chǎn)生極點(diǎn)，導(dǎo)致不穩(wěn)定。 反饋原理：反饋電路在Q4發(fā)射極進(jìn)行電壓取樣，另一端接C3后面，在輸入中電路進(jìn)行電流相加，由瞬時(shí)極性法可判斷該反饋類型為電壓并聯(lián)負(fù)反饋。即當(dāng)輸入信號增大時(shí)，輸出電流也增大，Q6的微分電阻就會(huì)跟這變小，由于負(fù)反饋的作用，輸入信號就會(huì)變小，導(dǎo)致輸出減小，最終實(shí)現(xiàn)了輸出信號基本穩(wěn)定。反之亦然，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制功能。2. 總體電路當(dāng)輸入信號為0.550mVrms（40dB動(dòng)態(tài)范圍），信號帶寬為100Hz5KHz，使輸出信號在0.51.5Vrms（變化不超過5

8、dB）內(nèi)。并且，正弦輸入信號從0.5至50mVrms的步長變化時(shí)的AGC開始時(shí)間約為0.3s，從50mVrms到0.5mVrms的AGC釋放時(shí)間約為100s。六 實(shí)現(xiàn)功能說明 實(shí)現(xiàn)功能：自動(dòng)增益控制,即根據(jù)輸入的強(qiáng)弱控制增益大小，保證輸出相對穩(wěn)定于一個(gè)較小的范圍。 實(shí)驗(yàn)方法：（控制變量）先保持恒定的信號頻率，將輸入信號的有效值從0.5mV逐漸提高到50mV，用示波器記錄輸入輸出波形，用交流毫伏表測量輸入輸出有效值。 部分工作點(diǎn)測量：0.583V1.162V5.17V5.86V8.83V8.22V0.468V5.25V1.045V0.468V 示波器數(shù)據(jù)：（由于圖片較多，只采集部分，完整數(shù)據(jù)在表

9、格中）(1)固定于1kHz輸入：05mV-8mV4mV2mV1mV0.5mV8mV6mV10mV-50mV40mV30mV20mV10mV50mV數(shù)據(jù)表格：（格內(nèi)為輸出的有效值，單位V）Vi/mV f/Hz500100020003000400050000.51.081.091.081.091.091.1011.091.091.091.091.101.1021.101.101.101.101.101.1041.151.151.151.151.151.1561.151.151.151.151.151.1581.151.151.151.151.151.15101.201.201.201.201.20

10、1.20201.231.231.231.231.231.23301.261.261.251.261.261.26401.261.261.261.261.271.27501.341.351.351.341.351.35從示波器輸出以及數(shù)據(jù)表格均可看出，在要求的輸入以及帶寬范圍內(nèi)，輸出幅度均在要求范圍內(nèi)，并且變化較小，較好地實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)增益控制。七 故障及問題分析1 示波器信號輸出不穩(wěn)定在實(shí)驗(yàn)中，波形出來了，也實(shí)現(xiàn)了要求的效果，但示波器顯示的信號不停地震蕩，線條模糊。為了解決此問題，我先是換了一條連接示波器的輸入線，但不奏效，接下來我猜測是電路中的器件或?qū)Ь€連接得不好，于是我開始對每個(gè)器件，每條導(dǎo)線

11、的連接進(jìn)行檢查，而當(dāng)我檢查到電容C3的時(shí)候，用手使勁往下壓，清晰的波形就出來了，而一放開手，波形又變得模糊。經(jīng)過一番仔細(xì)研究，原來是電容的管腳減得太短導(dǎo)致接觸不良。八 總結(jié)和結(jié)論本次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行得還算順利，連接第一次就已經(jīng)成功出現(xiàn)了波形，總結(jié)成功的原因，我認(rèn)為是實(shí)驗(yàn)步驟以及實(shí)驗(yàn)方式得當(dāng)。在連接電路之前，我仔細(xì)研究過此電路的原理，并且進(jìn)行了軟件仿真，當(dāng)對其原理有了一定清晰的了解之后，我才開始連接電路，因此，出現(xiàn)了什么問題，我可以首先從原理入手，分析原因，很快就能解決。而在連接電路的過程中，我采用的方式是連接好一部分測一部分的效果，再連接下一部分，而不是整體連接后再測試，由于采用了這種方法，我很容易就

12、能找到各部分連接出現(xiàn)的問題并較快地解決。經(jīng)過這次實(shí)驗(yàn)，我深刻地體會(huì)到，實(shí)驗(yàn)的步驟方式得當(dāng)是實(shí)驗(yàn)成功的核心要素，每當(dāng)我們進(jìn)行一個(gè)電路實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們首先要清晰了解其原理，而不是照著書本一味地連接電路。而連接電路時(shí)，分塊連接并測試是很重要的保證連接正確的方法。只有我們注重這些方法，才能在實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí)到更多，而不是在波形出不來的懊惱中浪費(fèi)時(shí)間。九 PROTEL繪制的原理圖1、 PROTEL繪制的AGC電路原理圖：2、 用PROTEL生成的PCB板3、 9V穩(wěn)壓源電路原理圖：4、 9V穩(wěn)壓源生成PCB板十 所用元器件及測試儀表清單1、 元器件清單元器件標(biāo)號參數(shù)個(gè)數(shù)電阻R12201電阻R21M1電阻R32.2

13、K1電阻R427K1電阻R52.2K1電阻R6300K1電阻R7430K1電阻R815K1電阻R95601電阻R1015K1電阻R1127K1電阻R121001電阻R133901電阻R141K1電阻R1515K1電阻R1651K1電阻R171.8M1電阻R183301電阻R193.3K1電容C13.3uF1電容C2100uF1電容C32200uF1電容C40.22uF1電容C5220uF1電容C6100uF1電容C733uF1電容C810uF1電容C91000uF1電容C101000uF1二極管D11N41481二極管D21N41491晶體管Q1NPN80501晶體管Q2NPN80501晶體管Q3PNP85501晶體管Q4NPN80501晶體管Q5NPN8