自动增益控制电路-毕业论文.doc

桂林电子科技大学实训（论文）说明书用纸 共 1 页 第 1 页 摘 要 自动增益控制电路已广泛用于各种接收机、录音机和信号采集系统中，另 外在光纤通信、微波通信、卫星通信等通信系统以及雷达、广播电视系统中也 得到了广泛的应用。 本课题主要研究应用于音频放大的前级电压放大，因此设计的电路需容纳 的频带范围应较宽，以至于使语音信号通过。由于语音信号的频带范围为 300hz-3400hz,所以该电路所应设计的频带范围应在 300hz-3400hz 之间，并且 电路应该实现增益的闭环调节，通过此电路可以实现增益的自动调整，以至于 使音频信号强时自动减小放大器的倍数，信号弱时自动增大放大器的倍数，从 而实现音量的自动调节。 本课题介绍了自动增益控制的概念原理以及对自动增益控制放大器各部分 的工作原理，最后对系统的测试结果以及设计与实现中应该注意的问题也做了 详细分析。 关键词： 放大器；自动增益控制； 电压跟随器； 滤波器 桂林电子科技大学实训（论文）说明书用纸 共 1 页 第 1 页 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 television 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 that 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 increases, 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 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 .Finally we have make some analysis to the design. KeyKey wordswords：Amplifier； Automatic Gain Control； AGC；Voltage follower；Filter 桂林电子科技大学实训（论文）说明书用纸 共 1 页 第 1 页 目 录 引言引言1 1 1 1 自动增益控制自动增益控制1 1 1.1 自动增益控制电路（AGC）存在的意义.1 1.2 自动增益控制的基本概念 .1 1.3 自动增益控制的原理 .2 1.4 自动增益控制放大器 .4 1.5 本课题的研究内容 .4 2 2 自动增益控制放大器的电路设计自动增益控制放大器的电路设计.4 4 2.1 电路原理图.4 2.2 电路元器件选择.5 2.2. 运算放大器.5 2.2.2 可变电阻器 .8 2.2.3 电解电容 .9 3 3 总结总结1010 4 4 心得体会心得体会1111 致致 辞辞 1212 参考文献：参考文献：1313 桂林电子科技大学实训（论文）说明书用纸 共 16 页 第 1 页 引言引言 随着微电子技术、计算机网络技术和通信技术等行业的迅速发展，自动增 益控制电路越来越被人们熟知并且广泛的应用到各个领域当中。自动增益控制 线路，简称 AGC 线路，A 是 AUTO（自动），G 是 GAIN（增益），C 是 CONTROL（控制）。它是输出限幅装置的一种，是利用线性放大和压缩放大的有 效组合对输出信号进行调整。当输入信号较弱时，线性放大电路工作，保证输 出声信号的强度；当输入信号强度达到一定程度时，启动压缩放大线路，使声 输出幅度降低，满足了对输入信号进行衰减的需要。也就是说，AGC 功能可以 通过改变输入输出压缩比例自动控制增益的幅度，扩大了接收机的接收范围， 它能够在输入信号幅度变化很大的情况下，使输出信号幅度保持恒定或仅在较 小范围内变化，不至于因为输入信号太小而无法正常工作，也不至于因为输入 信号太大而使接收机发生饱和或堵塞。在电路设计中，这种线路被大量的运用， 从尖端的雷达技术到日常的广播电视系统，自动增益控制无疑很好的解决了各 种技术中存在的信号强度问题。目前，实现自动增益控制的手段有很多，在本 文中，主要研究的是如何以放大器来实现自动增益控制的目的，也就是自动增 益控制放大器。 1 自动增益控制 1.1 自动增益控制电路（AGC）存在的意义 接收机的输出电平取决于输入信号电平以及接收机的增益。而在实际接收 过程中，因各种原因会导致接收到的信号电平发生很大波动（弱的几微伏，强 的几百毫伏）。 1.如果接收机增益强信号能正常接收，而弱信号将接收不到，造成信 号的丢失。 2.如果接收机的增益弱信号能正常接收，而强信号有可能使接收机过 载而导致阻塞。 因此，人们期望接收机的增益随输入信号的强弱而变化，即输入信号弱时， 接收机增益升高；输入信号强时，接收机增益减小，以补偿输入信号强弱的影 响，达到减小输出信号电平变化的目的。 1.2 自动增益控制的基本概念 接收机的输出电平取决于输入信号电平和接收机的增益。由于各种原因， 接收机的输入信号变化范围往往很大，信号弱时可以是一微伏或几十微伏，信 桂林电子科技大学实训（论文）说明书用纸 共 16 页 第 2 页 号强时可达几百毫伏，最强信号和最弱信号相差可达几十分贝。这个变化范围 称为接收机的动态范围。 影响接收机输入信号的因素很多，例如：发射台功率的大小、接收机离发 射台距离的远近、信号在传播过程中传播条件的变化(如电离层和对流层的骚动、 天气的变化)、接收机环境的变化(如汽车上配备的接收机)，以及人为产生的噪 声对接收机的影响等。 为了防止强信号引起的过载，需要增大接收机的动态范围，这就要有增益 控制电路。能够使放大电路的增益自动地随信号强度而调整的控制电路，简称 自动增益控制 AGC (Automatic Gain Control)电路，它能够在输入信号幅度变 化很大的情况下，使输出信号幅度保持恒定或仅在较小范围内变化，不至于因 为输入信号太小而无法正常工作，也不至于因为输入信号太大而使接收机发生 饱和或堵塞。常用来使系统的输出电平保持在一定范围之内，因而也可以称为 自动电平控制。 当前，该电路已广泛用于各种接收机、录音机和信号采集系统中，另外在 光纤通信、微波通信、卫星通信等通信系统以及雷达、广播电视系统中也得到 了广泛的应用。 AGC 电路目前概括起来有模拟 AGC 和数字 AGC 电路。AGC 环路可以放在模拟 与数字电路之间，增益控制算法在数字部分来实现，合适的增益设置反馈给模 拟可变增益放大器（VGA）。现在出现的自动增益控制方法可以分为以下 3 类： 基于电路反馈的自动增益控制；基于光路反馈的自动增益控制；光路反馈和电 路反馈相结合的自动增益控制。本文中要研究的是基于电路反馈的利用放大器 实现的自动增益控制。 1.3 自动增益控制的原理 自动增益控制电路组成框图如图 1.1 所示 （1）可控增益放大器用于放大输入信号ui，其增益大小取决于控制电 压UC。 （2）振幅检波器、直流放大器和比较器共同构成反馈控制器 可控增益 放大器的输出交变信号振幅检波器变成直流信号经直流放大器放大输出 在比较器中与参考电平UR 比较产生直流控制电压UC用于控制可控增益放大 器 的增益。 桂林电子科技大学实训（论文）说明书用纸 共 16 页 第 3 页 ui 反馈控制器 UC 比较器 直流 放大器 振幅 检波器 可控增益放大器 Au UR uo 图 1.1 自动增益控制电路组成框图 工作原理 当输入ui 幅度增加而使输出uo 幅度增加时通过反馈控制器产生的控制 电压UC就会使Au 减小；反之依然。 这样，通过环路的反馈控制作用，可使输入信号ui 幅度增大或减小时， 输出信号uo 幅度基本保持恒定或在一个很小的范围内变化，从而实现自动增益 控制的目的。 自动增益控制电路的作用是：当输入信号电压变化很大时，保持接收机输 出电压恒定或基本不变。具体地说，当输入信号很弱时，接收机的增益大，自 动增益控制电路不起作用；当输入信号很强时，自动增益控制电路进行控制， 使接收机的增益减小。这样，当接收信号强度变化时，接收机的输出端的电压 或功率基本不变或保持恒定。因此对 AGC 电路的要求是：在输入信号较小时， AGC 电路不起作用，只有当输入信号增大到一定程度后，AGC 电路才起控制作用， 使增益随输入信号的增大而减少。 为实现上述要求，必须有一个能随外来信号强弱而变化的控制电压或电流 信号，利用这个信号对放大器的增益自动进行控制。由上述分析可知，调幅中 频信号经幅度检波后，在它的输出中除音频信号外，还含有直流分量。直流分 量大小与中频载波的振幅成正比，也即与外来高频信号成正比。因此，可将检 波器输出的直流分量作为 AGC 控制信号。 AGC 电路工作原理：可以分为增益受控放大电路和控制电压形成电路。增 益受控放大电路位于正向放大通路，其增益随控制电压 U0而改变。控制电压形 成电路的基本部件是 AGC 整流器和低通平滑滤波器，有时也包含门电路和直流 放大器等部件。 桂林电子科技大学实训（论文）说明书用纸 共 16 页 第 4 页 1.4 自动增益控制放大器 目前,实现自动增益控制的手段很多,典型的有压控放大器,也就是本文所要 研究的自动增益控制放大器。它是通过调整放大器一个控制端的电压,就可以实 现调节这个放大器的增益。因此,我们就可以通过反馈电路采集输出端的电压, 通过调整网络后(调整网络的功能就是规定的调整策略)加到放大器的控制端.就 可以实现自动增益控制。 1.5 本课题的研究内容 本文设计的电路主要是应用于音频放大的前级电压放大，因此设计的电路 需容纳的频带范围应较宽，以至于使语音信号通过。由于语音信号的频带范围 为 300hz-3400hz,所以该电路所应设计的频带范围应在 300hz-3400hz 之间，并 且电路应该实现增益的闭环调节，通过此电路可以实现增益的自动调整，以至 于使音频信号强时自动减小放大器的倍数，信号弱时自动增大放大器的倍数， 从而实现音量的自动调节。 2 自动增益控制放大器的电路设计 2.1 电路原理图 桂林电子科技大学实训（论文）说明书用纸 共 16 页 第 5 页 图 2.1 自动增益控制电路图 图 2.1 中，电输入信号由 J4 或者是声音信号由 MK1 进入经电容 C12 滤波 滤掉直流信号得到交流信号后送往运放 JP2 的同相输入端 8 脚，经过运算放大 器的作用得到一个输出信号，即可达到一个自动增益控制电路。 2.2 电路元器件选择 2.2.1 运算放大器 人们用的最熟悉和用得最多的音频处理电路就是普通的运算放大器。一般 可将运放简单地视为：具有一个信号输出端口（Out）和同相、反相两个高阻抗 输入端的高增益直接耦合电压放大单元，因此可采用运放制作同相、反相及差 分放大器。 运算放大器是用途广泛的器件，接入适当的反馈网络，可用作精密的交流 和直流放大器、有源滤波器、振荡器及电压比较器。 运放的供电方式一般采用双电源供电，其输出可在零电压两侧变化，在差 动输入电压为零时输出也可置零。当然，在需要时也可采用单电源供电方式。 图 2.2 运算放大器电路符号 如果以电路符号来表示运算放大器，则如图 2.2 所示，可表示为三角形。 它的两个输入部分分别叫做非倒相输入(1N)和倒相输入(IN)。它以极大的 放大率将倒相输入端与非倒相输人端之间的电压放大，然后从输出端(OUT)输出。 在实训中，运算放大器采用 MAX9814。 MAX9814 是一款低成本、高性能麦克风放大器，具有自动增益控制(AGC)和 低噪声麦克风偏置。器件具有低噪声前端放大器、可变增益放大器(VGA)、输出 放大器、麦克风偏置电压发生器和 AGC 控制电路。 低噪声前置放大器具有 12dB 固定增益；VGA 增益根据输出电压和 AGC 门限 桂林电子科技大学实训（论文）说明书用纸 共 16 页 第 6 页 在 20dB 至 0dB 间自动调节。输出放大器提供可选择的 8dB、18dB 和 28dB 增益。 在未压缩的情况下，放大器的级联增益为 40dB、50dB 或 60dB。输出放大器增 益由一个三态数字输入编程。AGC 门限由一个外部电阻分压器控制，动作/释放 时间由单个电容编程。动作/释放时间比由一个三态数字输入设置。AGC 保持时 间固定为 30ms。低噪声麦克风偏置电压发生器可为绝大部分驻极体麦克风提供 偏置。 MAX9814 提供节省空间的 14 引脚 TDFN 封装。该器件额定工作于-40C 至 +85C 扩展级温度范围。 MAX9814 的内部结构图如图 2.3 所示，接脚图如图 2.4 所示，电路接法如 图 2.5（a）、(b)所示： 图 2.3 MAX9814 的内部结构图 MAX9814 的特性： (a). 自动增益控制(AGC) (b). 3 种增益设置(40dB、50dB、60dB) (c). 可编程动作时间 (d). 可编程动作和释放时间比 (e). 2.7V 至 5.5V 电源电压范围 桂林电子科技大学实训（论文）说明书用纸 共 16 页 第 7 页 (f). 低输入噪声密度 30nV/ (g). 低 THD：0.04% (典型值) (h). 低功耗关断模式 (i). 内置 2V 低噪声麦克风偏置 (j). 提供节省空间的 14 引脚 TDFN (3mm x 3mm)封装 (k). -40C 至+85C 扩展级温度范围 图 2.4 MAX9814 的接脚 桂林电子科技大学实训（论文）说明书用纸 共 16 页 第 8 页 图 2.5 MAX9814 的电路接法 2.2.2 可变电阻器 阻值可以调整的电阻器，用于需要调节电路 电流或需要改变电路阻值 的场合。可变 电阻器可以改变信号发生器的特性，使灯光变暗，启动电动机 或控制它的转速。根据用途的不同，可变电阻器的电阻材料可以是金属丝、 金属片、碳膜或导电液。对于一般大小的电流，常用金属型的可变电阻器。 在电流很小的情况下，则使用碳膜型。当电流很大时，电解型最合用；这种 可变电阻器的电极都浸在导电液中。电势计是可变电阻器的特殊形式，它使 未知电压或未知电势相平衡，从而测出未知电压或未知电势差的大小。更为 常用的电势器只不过是一个有两个固定接头的电阻器，第三个接头连到一个 可调的电刷上。电位器的另一个用途是再音响设备中用作音响控制。 可变电阻器最大阻值的读取 ： 通常我们看到可变电阻器上的阻值标称有w503，w204，w102 等等，它 们是什么意思呢？ w503 就是说这个可变电阻器的阻值范围是 050K，503 是 50103 50K，符号“n”内的值表示 n 次方。同理 w102 就是 1K，w204 就是 200K。 在实训中，用到焊接式可变电阻其外形图如图 2.6 所示： 桂林电子科技大学实训（论文）说明书用纸 共 16 页 第 9 页 图 2.6 焊接式可变电阻的外形图 2.2.3 电解电容 电解电容是电容的一种，介质有 电解液，涂层有极性，分正负，不可 接错。电容(Electric capacity)，由两个金属极，中间夹有绝缘材料（介 质）构成。其内部结构如图 2.7 所示： 图 2.7 电解电容的内部结构图 电解电容的原理： 电解电容器通常是由 金属箔（铝/钽）作为正 电极，金属箔的绝缘氧化 层（氧化铝/钽五氧化物）作为电介质，电解电容器以其正电极的不同分为 铝电解电容器和钽电解电容器。铝电解电容器的负电极由浸过电解质液（液 态电解质）的薄纸 /薄膜或电解质聚合物构成；钽电解电容器的负电极通常 采用二氧化锰。由于均以电解质作为负电极（注意和电介质区分），电解电 容器因而得名。 电解电容的特点: 电解电容器特点 一：单位体积的电 容量非常大，比其它种类的电容大 几十到数百倍。 电解电容器特点二：额定的容量可以做到非常大，可以轻易做到几万 f 甚至几 f（但不能和双电层电容 比） 。 桂林电子科技大学实训（论文）说明书用纸 共 16 页 第 10 页 电解电容器特点三：价格比其它种类具有压倒性 优势，因为电解电容 的组成材料都是普通的工业材料，比如铝等等。制造电解电容的设备也都是 普通的工业设备，可以大规模生产，成本相对比较 低。 3 3 总结总结 在通信系统和电子设备中 , 为了提高技术性能 , 或者实现某些特殊的高 指标要求 , 广泛的采用自动增益控制电路。在本文中详细介绍了自动增益控制 的概念及原理，对自动增益控制放大器的原理也进行了讨论及分析。确定了实 现增益控制功能的放大器增益范围，并且设计出具体的电路，对各部分电路的 工作原理也进行了详细介绍。在文章的最后，列出了具体实验中的实验数据及 分析结果，对存在的问题也有了一定的认识。随着微电子技术、计算机网络技 术和通信技术的发展，自动增益控制的研究也在不断的进步，实现自动增益控 制的方法也在不断的完善，改进目前在性能方面的一些不足，得到更大的提高。 桂林电子科技大学实训（论文）说明书用纸 共 16 页 第 11 页 4 心得体会 短短的实训过程结束，这次不仅是简单的技能实践，它让我真正体验到 “纸上得来终觉浅，欲知此事需躬行”的道理。让我真正体验了邓小平爷爷所 说“实践是检验真理的唯一标准” 。 让我真正体会“我听到的我会忘掉，我看 到的我能记住，我做过的才真正明白” 。我每次实习结束后，都根据自己的情况 去感悟，去反思，我实习的学得了什么呢？ 虽然在实训中我不是完全懂，但我学会思考，学会学习。老师们耐心地一 一给我讲解原理，分析电路原理图，让我 “知其然，而知其所以然” ，让我学 会从理论联系到实际。还有同学的帮助、鼓励和提醒让我受益匪浅。 从得出电路，到理解原理，以及画 PCB 图和最后制成电路板，对于我来说， 每一个步骤都是那么困难，有时候花了一整天时间也没有完成一个小小的步骤！ ！但是，我都不会灰心。我会找到自己的错误