自動增益控制電路實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、自動增益控制自動增益控制（AGC）電路的設(shè)計(jì)電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)與實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告2姓名：姓名：_班級班級：_ _班內(nèi)序號班內(nèi)序號：_ _學(xué)號學(xué)號：_ _一、課題名稱一、課題名稱自動增益控制（AGC）電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)二、實(shí)驗(yàn)摘要二、實(shí)驗(yàn)摘要自動增益控制電路的功能是在輸入信號幅度變化較大時(shí)， 能使輸出信號幅度穩(wěn)定不變或限制在一個(gè)很小范圍內(nèi)變化的特殊功能電路，簡稱為AGC電路。本實(shí)驗(yàn)采用短路雙極晶體管直接進(jìn)行小信號控制的方法，簡單有效地實(shí)現(xiàn) AGC 功能。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞自動增益 電壓跟隨器 反饋三、設(shè)計(jì)任務(wù)要求三、設(shè)計(jì)任務(wù)要求31、基本要求：、基本要求：設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè) AGC 電路，設(shè)計(jì)指標(biāo)以及給定條

2、件為： 輸入信號 0.550mVrms； 輸出信號：0.51.5Vrms； 信號帶寬：1005KHz； 設(shè)計(jì)該電路的電源電路 （不要求實(shí)際搭建） ， 用 PROTEL 軟件繪制完整的電路原理圖 （SCH）及印制電路板圖（PCB） 。2、提高要求：、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)作為輸入，8喇叭作為輸出的完整音頻系統(tǒng)。3、探究要求：、探究要求：1）如何設(shè)計(jì)具有更寬輸入電壓范圍的 AGC 電路；2）測試 AGC 電路中的總諧波失真（THD）及如何有效的降低 THD。四、設(shè)計(jì)思路、總體結(jié)構(gòu)框圖四、設(shè)計(jì)思路、總體結(jié)構(gòu)框圖AGC 電路的實(shí)現(xiàn)有反饋控制、前饋控制和混合控

3、制等三種，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，本實(shí)驗(yàn)中電路采用了短路雙極晶體管直接進(jìn)行小信號控制的方法，從而簡單而有效的實(shí)現(xiàn) AGC 功能?？勺兎謮浩饔梢粋€(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?？勺冸娮璨捎没鶚O-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.。對于輸入 Q1 集電極的正電流的所有可用值， 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

4、工作在有效狀態(tài)，其 VI 特性曲線4如圖 2 所示?？梢钥闯?，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。信號范圍0.5-50mVrms信號范圍0.5-1.5 Vrms五、分塊電路和總體電路的設(shè)計(jì)（含電路圖）五、分塊電路和總體電路的設(shè)計(jì)（含電路圖）1.1.分塊電路分塊電路1）驅(qū)動緩沖級其設(shè)計(jì)電路圖如圖 4 所示，當(dāng)輸入信號 VIN驅(qū)動緩

5、沖極 Q1時(shí)，組成基極集電極輸出的共射電路，它的非旁路射極電阻 R3有四個(gè)作用：1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)（1）2由于 R3 未旁路，使 Q1電壓增益降低至：反饋網(wǎng)絡(luò)5AQ1=R4/rbe+(1+)R3R4/ R3(2)3如公式（2）所示，未旁路的 R3有助于 Q1集電極電流電壓驅(qū)動的線性響應(yīng)。4Q1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。實(shí)驗(yàn)測試得晶

6、體管 Q1 放大倍數(shù)很小，起到穩(wěn)定輸入的緩沖作用。XFG1C2100FR1220R21MR32.2kR427kQ12N5551VCC9VR52.2kC113.3F驅(qū)動緩沖級電路2）直流耦合互補(bǔ)級聯(lián)放大部分圖中晶體管 Q2 為 NPN 管，Q3 為 PNP 管，將 Q2 的集電極與 Q3 的基極相連，兩個(gè)管子實(shí)現(xiàn)共射共射放大，利用直流耦合構(gòu)成互補(bǔ)放大器，為電路提供大部分電壓增益。6C32.2mFC4220nFC5220nFC101mFR6270kR7390kR815kR52.2kR9560kR1015kR1130kR18330Q52N5551Q62N3906直流耦合互補(bǔ)級電路3）輸出級電路Q3

7、集電極與 Q4 的基極相連，電流信號從 Q4 發(fā)射極流出，為共集電路，利用了共集射極跟隨器的特點(diǎn)，。另外，R14 將發(fā)射極輸出跟隨器 Q4 與信號輸出端隔離開來。7C810FC91mFR1130kR12100R13390R141kR18330Q42N5551Q62N3906XSC1ABExt Trig+_+_VCC9V輸出級電路4）自動增益控制部分電路（AGC）電路圖如圖所示，其中 R4 構(gòu)成可變衰減器的固定電阻，類似于圖 2 中的電阻 R1，而 Q6 構(gòu)成衰減器的可變電阻部分， Q5 為 Q6 提供集電極驅(qū)動電流，Q5的共射極結(jié)構(gòu)只需要很少的基極電流，而射極電流流入 Q6 集電極，由于可變電

8、阻的阻值與其流過的電流成反比，可改變電阻值。因?yàn)殡娮?R17 與 C6 并聯(lián)，由于有二極管 D1、D2 單向?qū)ㄗ饔?，C6 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

9、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)8輸入信號增大時(shí)，輸出電流也增大，Q6 的微分電阻就會跟這變小，由于負(fù)反饋的作用，輸入信號就會變小，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)自動增益控制功能。C6100FC73.3FR151.5kR1656kR171.8MR193.3kQ22N5551Q32N5551D11N4148D21N4148VCC9V圖 7 自動增益控制電路2.2.總體電路總體電路用 Protel 仿真的 SCH 原理圖：9六、所實(shí)現(xiàn)功能說明六、所實(shí)現(xiàn)功能說明已完成功能：

10、 自動增益調(diào)節(jié)：按照所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路圖在面包板上連接電路，并檢查確認(rèn)無錯(cuò)誤。調(diào)節(jié)函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生幅度及頻率處于實(shí)驗(yàn)要求范圍內(nèi)的正弦波并接入電路交流輸入端，并接入示波器 CH1 端檢測輸入。將電路輸出接示波器 CH2 端檢測并顯示輸出。 各端接地并接入直流穩(wěn)壓信號，觀察實(shí)驗(yàn)輸出。 發(fā)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的電路可以實(shí)現(xiàn)頻率 100HZ5KHZ，幅度 20mV50mV 的正弦信號輸入時(shí)的信號放大自動增益調(diào)節(jié)。 示波器上顯示的輸出信號變化規(guī)律為先失真后恢復(fù)，斷電后失真之后逐步變?yōu)?0。電路測試測試方法：輸入端接輸入信號，電壓有效值 0.550mV，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

11、單變量法測試，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)按一定的步長變化，用示波器觀察輸入輸10出信號，使用交流毫伏表測量輸入輸出的信號電壓的有效值，計(jì)算增益。具體測試過程如下：(1) 保持輸入電壓有效值 025mV，改變信號頻率從 1KHz 變化到 5KHz（為取得更多的數(shù)據(jù)，可以每次增大 1KHz，多測數(shù)據(jù)；為測試電路的帶寬，可以改變頻率到更低和更高的值，使輸出信號電壓衰減到 3dB 處，測出上限截止頻率） ，測量記錄如上表格所示；(2) 由測出的數(shù)據(jù)可以計(jì)算出增益，同時(shí)可見，輸入電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)大幅波動時(shí)，輸出電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)以很小幅度波動，即可認(rèn)為輸入在規(guī)定范圍內(nèi)變化時(shí)，輸

12、出不變，實(shí)現(xiàn)了自動增益控制的功能；(3) 為了解反饋網(wǎng)絡(luò)在自動增益控制電路中的作用，可以在反饋輸出端接示波器通道來觀察測量反饋輸出信號，亦可把反饋引回的線去掉，用示波器觀察測量沒有反饋時(shí)的輸出信號， 記錄測量的數(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；經(jīng)過以上步驟，自動增益控制電路的測試基本完成，所得部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表：mVrmsf/Hz1000200030004000500057007367397367341072076376175875615737777775772769207447877857827792575279679479179530

13、7608038017988011135766810807805807407728168138108124577881981981581750782822821820822七七、故障及問題分析故障及問題分析1.實(shí)驗(yàn)電路一直沒有輸出，重復(fù)對照電路圖檢查電路發(fā)現(xiàn)有一個(gè)二極管接反2.開啟直流電源的時(shí)候出現(xiàn)短路，經(jīng)檢查有導(dǎo)線與電阻短接。3.波型不穩(wěn)定，易出現(xiàn)時(shí)能出波形時(shí)而不能出的情況。八、總結(jié)和結(jié)論八、總結(jié)和結(jié)論1.由于電路圖較復(fù)雜，元器件較多，搭電路時(shí)需要非常仔細(xì)才能避免錯(cuò)誤，并且由于導(dǎo)線較多需要避免短接的現(xiàn)象發(fā)生。122.教材上給出的該電路中的電阻阻值大小僅供參考，在實(shí)驗(yàn)過程中參考值大小因?yàn)樵拗?/p>

14、和實(shí)際調(diào)試發(fā)現(xiàn)的問題而有所改動?？偨Y(jié)通過本次實(shí)驗(yàn)，對 AGC 電路有了學(xué)習(xí)與了解。在設(shè)計(jì)、搭建電路的過程中，進(jìn)一步注意了例如元器件搭建中的問題等，鞏固了上學(xué)期知識，對所學(xué)知識又有了新的理解與認(rèn)識 。通過了一段長時(shí)間的實(shí)驗(yàn)，復(fù)習(xí)了電子測量和電子電路實(shí)驗(yàn)中使用的一些基本元件和一些基本的測量方法，例如面包板、示波器、萬用表、晶體管毫伏表、函數(shù)信號發(fā)生器的使用方法，還有常用元器件如電阻、電容、電感的標(biāo)稱值讀數(shù)，以及電阻，電容，二級管，三極管好壞的檢測。九、九、multsim 仿真原理圖、波形圖仿真原理圖、波形圖13十、十、PROTELPROTEL 繪制的原理圖繪制的原理圖1、用 PROTEL 生成的

15、PCB 板14PCB 板3、9V 穩(wěn)壓源電路原理圖：9V 穩(wěn)壓電路4、9V 穩(wěn)壓源生成 PCB 板159V 穩(wěn)壓電路 PCB 板十一十一. .所用元器件及測試儀表清單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R32.2K1電阻R427K1電阻R52.2K1電阻R6270K1電阻R7390K116電阻R815K1電阻R95601電阻R1015K1電阻R1127K1電阻R121001電阻R133901電阻R141K1電阻R151.5K1電阻R1656K1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C73.3uF1電容C810uF1電容C91000uF1電容C101000uF1二極管D11N4148117二極管D21N41491晶體管Q1NPN80501晶體管Q2NPN80501晶體管Q3PNP85501晶體管Q4NP