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文档简介

实验报告自动增益控制电路的设计XXXXXX学院班级:XX班姓名:XXX学号:XXXXX班内序号:XX一、 课题名称自动增益控制电路的设计与实现二、 实验内容设计和实现一种自动增益控制(AGC)电路,当音频输入信号在 40dB 的变化范围内,输出信号的幅度变化不超过 5dB。三、 项目背景自动增益控制(Automatic Gain Control, AGC)电路使放大电路的增益自动地随信号强度而调整的自动控制方法,实现这种功能的电路简称 AGC 电路,该电路广泛应用于广播电视、无线通信、光纤通信、传感器处理电路等。四、 实验目的1、了解 AGC 电路的原理及其应用。 2、掌握 AGC 电路的一种设计及实现方法。 3、提高独立设计电路和验证实验的能力。五、实验要求1. 基本要求 1) 设计实现一个 AGC 电路,设计指标以及给定条件为: l 输入信号:0.550mVrms; l 输出信号:0.51.5Vrms; l 信号带宽:1005KHz; 2) 设计该电路的电源电路(不要求实际搭建),用 PROTEL 软件绘制完整的电路原理图(SCH)及印制电路板图(PCB)。 2. 提高要求 1) 设计一种采用其它方式的AGC电路; 2) 采用麦克风作为输入,8喇叭输出的完整音频系统。 3) 如何设计具有更宽输入电压范围的AGC电路; 4) 测试AGC电路中的总谐波失真(THD)及如何有效降低THD。 3. 提交电子版的材料 1) 采用PROTEL软件绘制的的电路原理图(SCH)及印制电路板图(PCB); 2) 采用PSPICE软件进行仿真的波形。 4. 各级仿真波形输出 六、设计思路1、电路结构框图在处理输入的模拟信号时,经常会遇到通信信道或传感器衰减强度大幅变化的情况;另外,在其他应用中,如监控系统中的多个相同传感器返回的信号中,频谱结构和动态范围大体相似,而最大波幅却相差很多。此时,可以使用带自动增益控制的自适应前置放大器,使其增益应能随信号强弱而自动调整,以保持输出相对稳定。AGC电路的实现有反馈控制、前馈控制和混合控制等三种,典型的反馈控制AGC由可变增益放大器(VGA)以及检波整流控制组成,如图1所示: 图1 反馈式AGC本实验电路使用一个短路双极晶体管直接进行小信号控制的方法,从而相对简单而有效实现预通道AGC的功能(如图2)。可变分压器由一个固定电阻R1和一个可变电阻构成,控制信号的交流振幅。可变电阻采用基极-集电极短路方式的双极性晶体管微分电阻实现为改变Q1电阻,可从一个由电压源Vreg和大阻值电阻R2组成的直流源直接向短路晶体管注入电流。为防止R2影响电路的交流电压传输特性。R2的阻值必须远大于R1。图2 由短路三极管构成的衰减器电路对于输入Q1集电极的正电流的所有可用值,Q1的集电极发射极饱和电压小于它的基极发射极阈值电压,于是晶体管工作在有效状态,其VI特性曲线如图3所示。可以看出,短路晶体管的微分电阻与流过的直流电流成反比,即器件的微分电导直接与电流成正比。在工作状态下,共射极连接的双极型晶体管的电流放大系数一般在100或100以上,在相当大的电流范围内,微分电阻都正确地遵守这一规则。图中所示的晶体管至少可以在五个十倍程范围内控制微分电阻,即控制幅度超过100dB。图3 短路晶体管相应的微分电阻图V-I特性曲线2、驱动缓冲电路(1)输入缓冲极,其设计电路图如图4所示;输入信号VIN驱动缓冲极Q1,它的非旁路射极电阻R3有四个作用:它将Q1的微分输出电阻提高到接近公式(1)所示的值。该电路中的微分输出电阻增加很多,使R4的阻值几乎可以唯一地确定这个输出电阻。RD1rbe+(1+rce/rbe)(R3/rbe)(1)由于R3未旁路,使Q1电压增益降低至:AQ1=R4/rbe+(1+)R3R4/R3(2)如公式(2)所示,未旁路的R3有助于Q1集电极电流电压驱动的线性响应。Q1的基极微分输入电阻升至RdBASE=rbe+(1+)R3,与只有rbe相比,它远远大于Q1的瞬时工作点,并且对其依赖性较低。图4 输入缓冲级电路3、直流耦合互补级联放大电路直流耦合互补级联放大部分,电路图如图5所示;该部分利用直流耦合将Q2与Q3进行级联,构成互补放大器,在电路中对信号起到大部分的放大作用。图5 直流耦合互补级联放大电路4、AGC反馈电路AGC反馈电路如图6,其中R4构成可变衰减器的固定电阻,类似于图2中的电阻R1,而Q6构成衰减器的可变电阻部分。Q5为Q6提供集电极驱动电流,Q5的共射极结构只需要很少的基极电流。电阻R17决定了AGC的释放时间。电阻R19用于限制通过Q5和Q6的最大直流控制电流。D1和D2构成一个倍压整流器,从输出级Q4提取信号的一部分,为Q5生成控制电压。电阻R15决定了AGC的开始时间。当输入信号变大时,输出跟着增大,Q6的微分电阻就会跟这变小,输入进入放大级的信号就会变小,是输出减小;反之输入变小时,输出自动变大。从而实现自动增益控制功能。图6 AGC反馈电路完整的AGC电路图如图7所示,有效的AGC范围为0.550mv输入电压,在这个输入范围内,输出信号电压范围0.51.5V, 信号带宽0.15kHz.图7 完整的AGC电路图七、实验仪器及元器件1、实验仪器:示波器,毫伏表,函数信号发生器,直流稳压电源,万用表2、实验元件:面包板(1个),三极管(S8050五个,S8550一个),二极管(1N4148两个),电阻若干,电解电容若干,瓷片电容若干,导线八、实现功能说明1、功能的实现:输入的信号范围在0.550mVrms时,经过输入缓冲级,直流耦合互补级联放大信号(提供大部分增益),经过射极跟随器,接输出端同时引反馈回去到放大级前端,反馈由具有倍压整流作用的D1、D2和可变衰减器,对不同的输入信号,反馈信号大小不一样,使经输入缓冲级放大电路放大的信号与反馈信号叠加,叠加后的信号幅度在很小的范围波动,再经过放大,使输出电压0.51.5Vrms,信号带宽满足覆盖0.15KHz的要求,实现了自动增益控制。2、实现方法: 利用控制变量法,将输入信号的有效值从0.5mV逐渐提高到50mV,信号带宽从0.1kHz逐渐变到5kHz, 用示波器记录输入输出波形,用交流毫伏表测量输出有效值。3、实验数据表格:Fi/HzVo/mvVi/mv 1005001000200050000.56326386406195971.06957067067047041.57107187187177182.57297327337317333.57387427427417415.57507557527547547.57607647637637639.376777177076976912.677678178077977916.178478978978878720.079279779779679525.280180680680580530.080881481281181235.181482081981981940.082082682582582443.082382982882782745.082583183083082948.282883483483383250.0830836835834833由测出的数据可见,在实验要求的频段内,当输入信号从0.5mVrms变化到50mVrms时,输出大约只是从600mVrms变化到850mVrms,输入变化了100倍,而输出仅增大了约1.4倍,即在输入电压在规定的范围内大幅波动时,输出电压在规定的范围内以很小幅度波动,实现了自动增益控制的功能,符合设计的要求。九、故障及问题分析1、在连接好电路第一次测量的时候,示波器没有波形,经检查比照电路,发现是反馈级的二极管连接有误;需要注意正负极区分;2、第一次测出的波形输出较大,偏出了范围,根据放大原理,更换了几个电阻阻值之后就可以正常实现功能了;十、总结和结论本次实验的主要难点在于电路的连接复杂,需要事先熟知面包板的使用方法及电路的构成,这次自动增益控制电路的设计由于课本中以给出参考,可以直接连接完成,但是需要根据实际情况适当修改电阻等元器件;另外,在搭建电路之前,最好先做一个multism的电路仿真,以确定电阻值的正确使用;还需要注意的是PNP

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