13级自动增益控制电路的设计与实现要点

1、电子电路综合设计实验实验4自动增益控制电路的设计与实现实验报告学院:班级：姓名：学号：班内序号：指导教师：一. 课题名称：自动增益控制电路的设计与实现二. 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。三. 实验摘要在处理输入模拟信号时，经常会遇到通信信道或传感器衰减强度大幅变化的 情况。自动增益控制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。现实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。本 实验通过：驱动缓冲级、级联放大级、反馈级三级电路实现AGC电路。要求输入指标为：输入信号：0

2、.5-50mVrms,输出：0.5-1.5mVrms,信号带宽100-5KHZ关键词：自动增益控制反馈控制检波整流级联放大滤波器四. 设计任务要求1. 基本要求：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 5dB1）设计指标以及给定条件为：输入信号：0.550mVrm输出信号：0.51.5Vrms;信号带宽：1005KHz2）设计该电路的电源电路（不要求实际搭建）,用PROTE软件绘制完整的电 路原理图（SCH及印制电路版图（PCB。五. 设计思路和总体结构框图1. 设计思路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

3、以及检波整流控制组成，本实验中电路采用了短 路双极晶体管直接进行小信号控制的方法，从而简单而有效的实现AGC功能，如图1。如图2,可变分压器由一个固定电阻 R和一个可变电阻构成，控制信号的交 流振幅。可变电阻由采用基极一集电极短路方式的双极晶体管微分电阻实现， 为 改变Q的电阻，可从一个有电压源 U和大阻值电阻 艮组成的电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，R的阻值必须远大于 Rio图2由短路三极管构成的衰减器电路第9页共12页对于输入Qi集电极的正电流的所有可用值，Qi的集电极一发射极饱和电压 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

4、曲线如图2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。2. 总体构架框图为实现自动增益控制电路的功能，设计的电路应具有四级，分别为：信号先 由驱动缓冲级输入，进入直流耦合互补级进行放大，在射极跟随器输出，同时， 在射极输出前连一反馈电路到缓冲级，实现电流相加电压取样的并联电压负反 馈，其中，反馈电路中含有由两个二极管组成的倍

5、压整流器和衰减器的可变电阻 部分。从而实现在输入信号变化很大时，输出信号稳定的功能。电路总体架构图如下：图3电路总体架构六. 分块电路和总体电路的设计（含电路图）1.分块电路1)驱动缓冲级其设计电路图如图4所示，当输入信号Vin驱动缓冲极Qi时，组成基极 集电极输出的共射电路，它的非旁路射极电阻R3有四个作用： 它将Qi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 R的阻值几乎可以唯一地确定这个输出电 阻。R)仟 rbe + (1+ B r ce/r be)(R 3/r be)(1) 由于R3未旁路，使Q1电压增益降低至：Aq1 = B R7 r be+(1

6、+ B )R3一 R7 R 3 (2) 如公式(2)所示，未旁路的F3有助于Q1集电极电流一电压驱动的线性 响应。Q1的基极微分输入电阻升至 RdBASE =be+(1+ B )R3,与只有rbe相比，它Q1放大倍数很小，起到稳定输入的缓冲作用。VCC远远大于Q1的瞬时工作点，并且对其依赖性较低。 实验测试得晶体管XFG1C2丄 100gF_9V R52.2k QR4:27kQ C11土 3.3 gFR2WV1MDQ1R1VA220Q2N5551R32.2k Q图4驱动缓冲级电路2)直流耦合互补级联放大部分电路图如图5所示；图中晶体管Q2为NPN管，Q3为PNP管，将Q2的集电极与Q3的基极相

7、连，两 个管子实现共射一共射放大，利用直流耦合构成互补放大器，为电路提供大部分 电压增益。R5R183）输出级电路Q3集电极与Q4的基极相连，电流信号从 Q4发射极流出，为共集电路，利用了共集射极跟随器的特点，。另外，R14将发射极输出跟随器 Q4与信号输出端隔离开来。图表6输出级电路4）自动增益控制部分电路（AGC电路图如图6所示，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，而射极电流流入Q6集电极，由于可变电阻的阻值与其流过的电流成反比，可改变电阻值。因为电阻R17与C6并

8、联，由于有二极管D1、D2单向导通作用，C6只能通 过R17放电，故R17决定了 AGC勺释放时间。在实际中，R17阻值可以选得大一 的，延长AGC释放时间，方便观察。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。这种构置可以容纳非对称信号波形的两极性的大峰值振幅。电阻R15决定了 AGC勺开始时间。若与C6组合的R15过小，贝U使反馈传输 函数产生极点，导致不稳定。反馈原理：反馈电路在Q4发射极进行电压取样，另一端接C3后面，在输入 中电路进行电流相加，由瞬时极性法可判断该反馈类型为电压并联负反馈。即当

9、输入信号增大时，输出电流也增大，Q6的微分电阻就会跟这变小，由于负反馈 的作用，输入信号就会变小，导致输出减小，最终实现了输出信号基本稳定。反 之亦然，从而实现自动增益控制功能。9VQ22N5551D1R17N4148C7 3.3旷2NN5551D2 1N4148R151.5k Q1.8M QR1656 k Q图7自动增益控制电路2. 总体电路用Protel仿真的SCH原理图:图8总体电路图图表1实验数据：（单位/mV）V/mV- f/Hz100020003000400050005756753759758762157677677717707692577177677177277035783784

10、782780P 7834579579979279479650803804801801805结果分析：从数据结果可以看出，输出信号随输入信号增大而缓慢增大， 输入信号增大为原 来的10倍，而输出信号仅仅增大1.2倍左右，符合自动增益控制电路的原理及 要求，而输出信号不受频率的影响，频率变化时输出信号基本稳定。八.故障及问题分析1 无输出信号最初没有输出信号，调试电路的时候没有将直流电源断开，导致将三极管烧毁, 逐级测试调试电路，找到有故障的三极管并进行替换。最初连接电路没有共地处理2. 输出波形失真为矩形波。反馈级对称三极管Q5 Q6由于放置距离太近而导致管脚对应错误，使得输出波 形失真为矩形波

11、。3. 电路连接较为混乱，造成导线、管脚接触短路，还有一些元器件接触不实使得 电路不能正常工作。九.总结和结论1. 由于电路元器件较多，电路连接构成较为复杂，所以要在仿真完成电路原理图 后先构思实际电路的搭配组合结构，尽量将电路连接清晰有层次，一是防止短接， 也更方便分清各级电路，以便于在出现问题时逐级查找调试问题。2. 通过本次实验了解了 AGC电路的工作原理，并通过实际搭建电路观测、测试明 白了 AGCfe路的重要意义。设计电路的过程也明白了 AG（各级电路的组成和原理。3. 通过复杂电路的搭建提高了自己的动手能力及构思合理布局的能力。4. 仿真和真实实验中都遇到了一定的困难，但是通过自己

12、认真思考并查阅资料， 一步步求索发现解决困难的过程增长了知识又培养了信心及耐心。此次实验受益匪浅。十、PROTE绘制的原理图1、用PROTE生成的PCB板第16页共12页SSSBSSSSSSSSSSHSSSHSSIES SEBsaaisisiss图9 PCB板233、9V稳压源电路原理图:2F1T11Header2Fuse 1JI1JP1L_ns CTBridgel0pFC8 100pFC7100pFLC2100pFU2INOUTGND4L7815ABD2T4DN GOUTINL7815ABD2TC3100pFC5 100pFVCC亠C4100pFI-片C6100pFD3Diode图10 9V

13、稳压电路4、9V稳压源生成PCB板C图11 9V稳压电路PCB板multlism仿真原理图及实际测试波形图VCCVCCXFG19V R5 Wr2.2k QC2R21MQR1AAA.220QR427kQQ12N5551R32.2k QC10i -1mFC3T卜2.2mFC4220nFVCC9V2N5551Q2Q32N5551R6270k QR815kQQ5.2N5551R7390k QR9560k QC5半 220nFC600卩FR18WVQ6 330Q2N3906R1130kQR10-wv15kQR11N41.8MQ也C.3活D2 1N4148：d R151.5k QR1656kQ9VQ411

14、FC92N5551 R14R12100QR13390Q-V1kQC810疔XSC1卜一.所用元器件及测试仪表清单1、元器件清单元器件标号参数个数电阻R1220 Q1电阻R21M Q1电阻R32.2KQ1电阻R427KQ1电阻R52.2KQ1电阻R6270KQ1电阻R7390KQ1电阻R815KQ1电阻R9560 Q1电阻R1015KQ1电阻R1127KQ1电阻R12100 Q1电阻R13390 Q1电阻R141KQ1电阻R151.5KQ1电阻R1656KQ1电阻R171.8M Q1电阻R18330 Q1电阻R193.3KQ1电容C13.3uF1电容C2100uF1电容C32200uF1电容C40.22uF1电容C5220uF1电容C6100uF1电容C73.3uF1电容C810uF1电容C9IOOOuF1电容C10IOOOuF1二极管D11N41481二极管D21N41491晶体管Q1NPN80501晶体管Q2NPN80501晶体管Q3PNP85501晶体管Q4NPN8050