自動(dòng)增益控制電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)教材

1、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)信息與通信工程學(xué)院一：課題名稱(chēng)自動(dòng)增益控制電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)二：摘要及關(guān)鍵詞1、摘要：在處理輸入的模擬信號(hào)時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到通信信道或傳感器衰減強(qiáng)度大幅變化的情況；另外，在其他應(yīng)用中，如監(jiān)控系統(tǒng)中的多個(gè)相同傳感器返回的信號(hào)中，頻譜結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)范圍大體相似，而最大波幅卻相差甚多的現(xiàn)象。很多時(shí)候系統(tǒng)會(huì)遇到不可預(yù)知的信號(hào)，導(dǎo)致因?yàn)榉侵貜?fù)性事件而丟失數(shù)據(jù)。此時(shí)，可以使用帶AGC（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)在介紹了AGC電路的基礎(chǔ)上，采用了一種相對(duì)簡(jiǎn)單而有效實(shí)現(xiàn)預(yù)通道AGC的方法，電路中使用了一個(gè)短路

2、雙極晶體管直接進(jìn)行小信號(hào)控制的方法。2、關(guān)鍵詞：驅(qū)動(dòng)緩沖 可變衰減 自動(dòng)增益控制 電壓跟隨器 反饋三：設(shè)計(jì)任務(wù)要求1、 基本要求：1） 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)AGC電路，設(shè)計(jì)指標(biāo)以及給定條件為：輸入信號(hào)0.550mVrms；輸出信號(hào)：0.51.5Vrms；信號(hào)帶寬：1005KHz；2） 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：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：1）如何設(shè)計(jì)具有更寬輸入電壓范圍的AGC電路；2）測(cè)試AGC電路中的總諧波失真（THD）

3、及如何有效的降低THD。四：設(shè)計(jì)思路及總體結(jié)構(gòu)框架 1、設(shè)計(jì)思路 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.DetetorVGAInput Output 反饋式AGC由短路三極管構(gòu)成的衰減器電路對(duì)正電流的I所有可用值（一般都小于晶體管的最大額定設(shè)計(jì)電流）

4、，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V-I特性曲線(xiàn)非常類(lèi)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。 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Q(chēng)2、Q3提供大部分電壓增益，通過(guò)負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)回到放大級(jí)的輸入端。R4構(gòu)成可變衰減器的固定電阻，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(chēng)信號(hào)波形的兩極性的大峰值振幅。電阻R15決定AGC的開(kāi)始時(shí)間（若與C6組合的R15過(guò)小，則使

5、反饋傳輸函數(shù)產(chǎn)生極點(diǎn)，導(dǎo)致不穩(wěn)定），電阻R17決定AGC的釋放時(shí)間。R14是1K電阻，將發(fā)射極輸出跟隨器Q4與信號(hào)輸出端隔離開(kāi)。 2、總體結(jié)構(gòu)框圖五：分塊電路和總體電路的設(shè)計(jì)1、9V穩(wěn)壓源電路2、 信號(hào)緩沖輸入級(jí)電路3、直流耦合互補(bǔ)級(jí)聯(lián)電路（提供大部分增益）：4、信號(hào)輸出級(jí)電路（射極跟隨器Q4）：5、 倍壓整流（D1、D2與電容C6構(gòu)成）與反饋電路：6、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)衰減為一定的值（小幅波動(dòng)），實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制。六、所實(shí)現(xiàn)功能說(shuō)明1、基本功能：輸入的信

6、號(hào)范圍在0.550mVrms時(shí)，經(jīng)過(guò)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(guò)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(guò)放大，使輸出電壓0.51.5Vrms，信號(hào)帶寬滿(mǎn)足覆蓋100Hz5KHz的要求，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)增益控制。2、直流電源：Vcc=9V3、主要測(cè)試數(shù)據(jù)： f/HzVi/mVrms 10010003000 500051.221.23 1.241.24101.301.301.311.31201

7、.331.341.351.35301.371.371.381.38501.411.411.421.42 4、測(cè)量方法：（1） 輸入端接輸入信號(hào)，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)，采取單變量法測(cè)試，用示波器觀(guān)察輸入輸出信號(hào)，使用交流毫伏表測(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(guò)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)），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(jiàn)，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

8、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器通道來(lái)觀(guān)察測(cè)量反饋輸出信號(hào)，亦可把反饋引回的線(xiàn)去掉，用示波器觀(guān)察測(cè)量沒(méi)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(chēng)為反饋式AGC的原因。（5） 用示波器觀(guān)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(guān)察測(cè)量Q1集電極的波形，對(duì)比可見(jiàn)，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(wú)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

9、的時(shí)候大的多，可見(jiàn)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）的輸出信號(hào)波形，增進(jìn)對(duì)倍 壓整流器的工作原理的理解。七、故障及問(wèn)題分析做PCB板時(shí)，由于剛開(kāi)始對(duì)于軟件不熟悉，所以走了不少?gòu)澛?。首先，將原理圖畫(huà)好后，運(yùn)行總是出錯(cuò)，最后發(fā)現(xiàn)是未將原理圖放入工程，其次將原件導(dǎo)入PCB板時(shí)，沒(méi)有畫(huà)禁布線(xiàn)區(qū)，并且未放置焊盤(pán)，導(dǎo)致無(wú)法布線(xiàn)。后經(jīng)調(diào)整，并查閱相關(guān)資料完成了PCB板。首先，連接電路用了較長(zhǎng)時(shí)間。第一次連接完畢，發(fā)現(xiàn)地線(xiàn)和電源線(xiàn)接的太亂，并且導(dǎo)線(xiàn)過(guò)多。第二次連接完成后，卻無(wú)法得到預(yù)期的輸出波形，而是在電源接通后會(huì)出現(xiàn)方波，檢

10、查電路并未發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，于是又進(jìn)行了第三次連接，但還是未得到預(yù)期效果，經(jīng)過(guò)檢查，應(yīng)對(duì)各級(jí)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)R13忘記接地，改正過(guò)后得到了滿(mǎn)意的波形。八、總結(jié)和結(jié)論1、本實(shí)驗(yàn)綜合性較強(qiáng)，考察了理論分析與動(dòng)手實(shí)踐的綜合能力，讓我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)，加深了對(duì)模電的認(rèn)識(shí)。2、 本實(shí)驗(yàn)采用了反饋式自動(dòng)增益控制電路，主要由輸入緩沖級(jí)、直流耦合互補(bǔ)級(jí)聯(lián)、信號(hào)輸出級(jí)、倍壓整流與反饋幾個(gè)部分組成。倍壓整流與反饋實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)增益控制的功能。3、 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)該學(xué)會(huì)部分分析的方法。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(lái)分析故障發(fā)生在哪里，這樣可使我們縮小排查的

11、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。4、 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(guān)，這樣可以避免不必要的返工。5、 輸出的信號(hào)電壓基本為1.35Vrms，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，可以處理很寬頻帶的信號(hào)，說(shuō)明該電路對(duì)信號(hào)處理能力強(qiáng)， 但同時(shí)帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題，通頻帶寬，選擇性差。6、 該自動(dòng)增益控制電路，輸入信號(hào)范圍為0.550mVrms輸出信號(hào)為0.51.5Vrms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。九、PROTEL繪制的原理圖1、PROTEL繪制的AGC電路原理圖

12、： 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)放大級(jí)的前端與輸出級(jí)的前端之間，使信號(hào)自動(dòng)衰減為一定的值，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制。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5、實(shí)物效果十、 所用元器件及測(cè)試儀表清單1、元器件清單 Polarized Capacitor (Radial)C1RB7.6-15Cap Pol11Polarized Capacitor (Radial)C2RB7.6-15Cap Pol11Polarized Capacitor (Radial)C3RB

13、7.6-15Cap Pol11Polarized Capacitor (Radial)C4RB7.6-15Cap Pol11Polarized Capacitor (Radial)C5RB7.6-15Cap Pol11Polarized Capacitor (Radial)C6RB7.6-15Cap Pol11Polarized Capacitor (Radial)C7RB7.6-15Cap Pol11Polarized Capacitor (Radial)C8RB7.6-15Cap Pol11Polarized Capacitor (Radial)C9RB7.6-15Cap Pol11Pol

14、arized Capacitor (Radial)C10RB7.6-15Cap Pol11Default DiodeD1DSO-C2/X3.3Diode1Default DiodeD2DSO-C2/X3.3Diode1Header, 2-PinJP1HDR1X2Header 21Header, 2-PinJP2HDR1X2Header 21Header, 2-PinJP3HDR1X2Header 21NPN General Purpose AmplifierQ1BCY-W3/D4.72N39041NPN General Purpose AmplifierQ2BCY-W3/D4.72N39041

15、PNP General Purpose AmplifierQ3BCY-W3/D4.72N39061NPN General Purpose AmplifierQ4BCY-W3/D4.72N39041NPN General Purpose AmplifierQ5BCY-W3/D4.72N39041NPN General Purpose AmplifierQ6BCY-W3/D4.72N39041ResistorR1AXIAL-0.4Res21ResistorR2AXIAL-0.4Res21ResistorR3AXIAL-0.4Res21ResistorR4AXIAL-0.4Res21Resistor

16、R5AXIAL-0.4Res21ResistorR6AXIAL-0.4Res21ResistorR7AXIAL-0.4Res21ResistorR8AXIAL-0.4Res21ResistorR9AXIAL-0.4Res21ResistorR10AXIAL-0.4Res21ResistorR11AXIAL-0.4Res21ResistorR12AXIAL-0.4Res21ResistorR13AXIAL-0.4Res21ResistorR14AXIAL-0.4Res21ResistorR15AXIAL-0.4Res21ResistorR16AXIAL-0.4Res21ResistorR17AX

17、IAL-0.4Res21ResistorR18AXIAL-0.4Res21ResistorR19AXIAL-0.4Res212、 測(cè)試儀器清單（1）信號(hào)發(fā)生器；（2）示波器；（3）交流毫伏表；（4）萬(wàn)用表；（5）直流穩(wěn)壓電源；十一、參考文獻(xiàn)1電子電路綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教程 北京郵電大學(xué)電路實(shí)驗(yàn)中心2Protel DXP 電子設(shè)計(jì)使用教程 袁鵬平 付剛 羅開(kāi)玉 化學(xué)工業(yè)出版社一種新能優(yōu)良結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的AGC電路發(fā)布: | 作者: | 來(lái)源: | 查看:292次 | 用戶(hù)關(guān)注：許多應(yīng)用類(lèi)電子裝置中都需要自動(dòng)增益控制電路。自動(dòng)增益控制電路的功能是在輸入信號(hào)幅度變化較大時(shí)，能使輸出信號(hào)幅度穩(wěn)定不變或限制在一個(gè)很

18、小范圍內(nèi)變化的特殊功能電路，簡(jiǎn)稱(chēng)為AGC電路。AGC電路的基本原理是隨著輸入信號(hào)幅度的變化產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)變化的直流電壓(AGC電壓)，利用這一電壓去控制一種可變?cè)鲆娣糯笃鞯姆糯蟊稊?shù)(或者控制一種可變衰減電路的衰減量)：當(dāng)輸入信號(hào)幅度較大時(shí)AGC電壓控制可變?cè)鲆娣糯笤S多應(yīng)用類(lèi)電子裝置中都需要自動(dòng)增益控制電路。自動(dòng)增益控制電路的功能是在輸入信號(hào)幅度變化較大時(shí)，能使輸出信號(hào)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(jiǎn)稱(chēng)為AGC電路。AGC電路的基本原理是隨著輸入信號(hào)幅度的變化產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)變化的直流電壓(AGC電壓)，利用這一電壓去控制一種可變?cè)鲆娣糯笃鞯姆糯蟊稊?shù)(或者控制一種可變衰減電路的衰減量)：當(dāng)輸入信號(hào)幅度較大時(shí)AGC電壓控制可變?cè)鲆娣糯笃鞯姆糯蟊稊?shù)減小(或者增大可變衰減電路衰減量)，當(dāng)輸入信號(hào)幅度較小時(shí)AGC電壓控制可變?cè)鲆娣糯笃鞯姆糯蟊稊?shù)增加(或者減小可變衰減電路衰減量)。顯然，這種自動(dòng)增益控制可以達(dá)到輸出信號(hào)幅度基本穩(wěn)定的目的。 增益可調(diào)的運(yùn)算放大器(如AD603)常被用在AGC電路中，但是這一類(lèi)器件不僅價(jià)格高，而且市面上難以買(mǎi)到。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，筆者使用普通元件設(shè)計(jì)出了一種成本低廉、性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的AGC電路。原理見(jiàn)下圖。上圖中，輸入信號(hào)經(jīng)電阻R1、R2分壓后送往運(yùn)放F1的同相輸入端，二極管V