北邮自动增益控制电路的设计

1、电子测量与电子电路实践实验7.5 自动增益控制电路的设计实验报告班级：姓名：学号：一 课题名称：自动增益控制电路的设计二 实验摘要针对某些电路应用对固定强度（幅度）信号的要求，我们通过采用AGC自动增益控制的自适应前置放大器，使增益能够随信号强弱而自动调整，以保持电路输出相对稳定。本实验采用了短路双极晶体管直接进行小信号控制的方法，在输入信号0.5mV50Vrms以及信号带宽1005KHz范围内，使输出信号限制在0.51.5Vrms，变化较小，简单有效地实现了自动增益控制的功能。关键词：电子电路 自动增益控制 直流耦合互补级三 设计任务要求1. 基本要求：设计一个AGC电路，设计指标以及给定条

2、件为：（1） 电源电压：9V；（2） 输入信号：0.5mV50mV；（3） 输出信号：0.5V1.5Vr；（4） 信号带宽：100Hz5KHz；（5） 设计该电路的电源电路（不要求实际搭建）。2. 提高要求：（1） 设计一种采用其他方式的AGC电路。（2） 采用麦克风输入作为，8喇叭输出的完整音频系统。（3） 如何实际具有更宽输入电压范围的AGC电路。（4） 测试ACG电路中的总谐波失真（THD）及如何有效降低THD。四 设计思路、总体结构框图1. 设计思路1) 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，如下图：2) 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

3、的方法，从而简单而有效的实现AGC功能。如下图，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。可变电阻由采用基极集电极短路方式的双极晶体管微分电阻实现，为改变Q1的电阻，可从一个有电压源VREG和大阻值电阻R2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，R2的阻值必须远大于R1。I对于正电流I的所有可用值（一般都小于晶体管的最大额定射极电流IE，晶体管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。短路晶体管的VI（电压电流）特性曲线非常类似于PN二极管，符合肖特基方程，即期间电压的变化与直流电流变化的对数成

4、正比。3) 从下图可以看出，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. 总体构架框图五 分块电路和总体电路的设计（含电路图）1. 分块电路1） 驱动缓冲电路驱动缓冲设计电路图如上图所示，当输入信号VIN驱动缓冲极Q1时，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

5、的阻值几乎可以唯一地确定这个输出电阻。RD1rbe+(1+rce/rbe)(R3/rbe) 由于R3未旁路，使Q1电压增益降低至：AQ1=R4/rbe+(1+)R3R4/ R3 如公式所示，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。2） 直流耦合互补级联放大电路 图中晶体管Q2为NPN管，Q3为PNP管，将Q2的集电极与Q3的基极相连，构成了直流耦合互补级放大电路，为AGC电路提供大部分电压增益。R14是1k电阻，将发射极输出跟随器Q4与信号输出隔离开来。

6、必要时，R14可选用更低的电阻，但如果R14过低，则大电容的连接电缆会使Q4进入寄生震荡。3） AGC反馈电路 电路图如图所示，电阻R4构成可变衰减器的固定电阻，而Q6构成衰减器的可变电阻部分。晶体管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。 因为电阻R17与C6并联，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的释放时间。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

7、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的开始时间。若与C6组合的R15过小，则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。2. 总体电路当输入信号为0.550mVrms（40dB动态范围），信号带宽为100Hz5KHz，使输出信号在0.51.5Vrms（变化不超过5

8、dB）内。并且，正弦输入信号从0.5至50mVrms的步长变化时的AGC开始时间约为0.3s，从50mVrms到0.5mVrms的AGC释放时间约为100s。六 实现功能说明 实现功能：自动增益控制,即根据输入的强弱控制增益大小，保证输出相对稳定于一个较小的范围。 实验方法：（控制变量）先保持恒定的信号频率，将输入信号的有效值从0.5mV逐渐提高到50mV，用示波器记录输入输出波形，用交流毫伏表测量输入输出有效值。 部分工作点测量：0.583V1.162V5.17V5.86V8.83V8.22V0.468V5.25V1.045V0.468V 示波器数据：（由于图片较多，只采集部分，完整数据在表

9、格中）(1)固定于1kHz输入：05mV-8mV4mV2mV1mV0.5mV8mV6mV10mV-50mV40mV30mV20mV10mV50mV数据表格：（格内为输出的有效值，单位V）Vi/mV f/Hz500100020003000400050000.51.081.091.081.091.091.1011.091.091.091.091.101.1021.101.101.101.101.101.1041.151.151.151.151.151.1561.151.151.151.151.151.1581.151.151.151.151.151.15101.201.201.201.201.20

10、1.20201.231.231.231.231.231.23301.261.261.251.261.261.26401.261.261.261.261.271.27501.341.351.351.341.351.35从示波器输出以及数据表格均可看出，在要求的输入以及带宽范围内，输出幅度均在要求范围内，并且变化较小，较好地实现了自动增益控制。七 故障及问题分析1 示波器信号输出不稳定在实验中，波形出来了，也实现了要求的效果，但示波器显示的信号不停地震荡，线条模糊。为了解决此问题，我先是换了一条连接示波器的输入线，但不奏效，接下来我猜测是电路中的器件或导线连接得不好，于是我开始对每个器件，每条导线

11、的连接进行检查，而当我检查到电容C3的时候，用手使劲往下压，清晰的波形就出来了，而一放开手，波形又变得模糊。经过一番仔细研究，原来是电容的管脚减得太短导致接触不良。八 总结和结论本次实验进行得还算顺利，连接第一次就已经成功出现了波形，总结成功的原因，我认为是实验步骤以及实验方式得当。在连接电路之前，我仔细研究过此电路的原理，并且进行了软件仿真，当对其原理有了一定清晰的了解之后，我才开始连接电路，因此，出现了什么问题，我可以首先从原理入手，分析原因，很快就能解决。而在连接电路的过程中，我采用的方式是连接好一部分测一部分的效果，再连接下一部分，而不是整体连接后再测试，由于采用了这种方法，我很容易就

12、能找到各部分连接出现的问题并较快地解决。经过这次实验，我深刻地体会到，实验的步骤方式得当是实验成功的核心要素，每当我们进行一个电路实验时，我们首先要清晰了解其原理，而不是照着书本一味地连接电路。而连接电路时，分块连接并测试是很重要的保证连接正确的方法。只有我们注重这些方法，才能在实验中学习到更多，而不是在波形出不来的懊恼中浪费时间。九 PROTEL绘制的原理图1、 PROTEL绘制的AGC电路原理图：2、 用PROTEL生成的PCB板3、 9V稳压源电路原理图：4、 9V稳压源生成PCB板十 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R12201电阻R21M1电阻R32.2

13、K1电阻R427K1电阻R52.2K1电阻R6300K1电阻R7430K1电阻R815K1电阻R95601电阻R1015K1电阻R1127K1电阻R121001电阻R133901电阻R141K1电阻R1515K1电阻R1651K1电阻R171.8M1电阻R183301电阻R193.3K1电容C13.3uF1电容C2100uF1电容C32200uF1电容C40.22uF1电容C5220uF1电容C6100uF1电容C733uF1电容C810uF1电容C91000uF1电容C101000uF1二极管D11N41481二极管D21N41491晶体管Q1NPN80501晶体管Q2NPN80501晶体管Q3PNP85501晶体管Q4NPN80501晶体管Q5NPN8