北邮模电实验下AGC自动增益实验报告

1、电子电路综合实验实验四 自动增益控制(AGC)电路的设计与实现实验报告姓名：曹爽学号：2013210640班级：2013211124班内序号：062015年4月27日目 录一、课题名称1二、摘要1三、设计任务要求1四、设计思路和总体结构框图1五、分块电路和整体电路的设计3六、实现功能7七、故障及问题分析9八、总结和结论9九、电路图与实物图10十、所用仪器及元器件清单12十一、参考文献12一、 课题名称自动增益控制(AGC)电路的设计与实现二、 摘要自动增益控制(AGC)电路的功能是在输入信号幅度变化较大时，将输出信号幅度稳限制在一个很小范围内变化的特殊功能电路，能使放大电路的增益自动地岁信号强

2、度而调整。该电路广泛应用于广播电视、无线通信、光纤通信、传感器嗲安陆等。本实验利用三极管设计并实现AGC电路，同时对AGC电路的原理和实现过程中出现的问题进行了详尽的分析。关键词：自动增益、AGC、驱动缓冲、直流耦合互补级联、反馈三、 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5dB。1）设计指标以及给定条件为：输入信号：550mVrms；输出信号：0.51.5Vrms；信号带宽：1005KHz；2）设计该电路的电源电路（不要求实际搭建），并绘制完整的电路图。2、提高要求：1）设计一种采用其他方式的AGC电路；2）采用麦克风作为输入，8喇叭作为输出

3、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）及如何有效的降低THD。四、 设计思路和总体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，在其他的应用中，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，而最大波幅却相差甚多。某些情况下这类变动是可以预测的，能对预处理放大器的增益进行相应调整。但更多时候会遇到不可预知的信号，因而会因为非重复性事件而丢失数据。此时，可以使用带AGC的自适应前置放大器，使其增益能随信号强弱而自动调整，以保持输出的相对稳定。自动增益控制电路的总体框图

4、如图1所示，主要由驱动缓冲电路、级联放大电路、输出跟随电路和增益反馈电路4个部分组成。驱动缓冲电路级联放大电路输出跟随电路增益反馈电路图1AGC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2所示。输入VGA输出检波整流控制图2本实验电路采用了一种相对简单而有效实现预通道AGC的方法，使用了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3，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

5、，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3对正电流的I所有可用值（一般都小于晶体管的最大额定发射极电流），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V-I特性曲线非常类似与PN二极管，符合肖特基方程（除了稍高的直流电压值外），即器件电压的变化与直流电流变化的对数成正比。因此，对于V-I曲线上所有直流工作点，短路晶体管的微分电阻与流过的直流电流成反比，换句话说，器件的微分电导直接与电流成正比。由于在其工作状态下，共射极连接的双极型晶

6、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，微分电阻都遵守这一规则。因此，图3中VREG的变化就会改变电流I，并控制R1-Q1分压比。耦合电容C1和C2将电路的衰减器与输入信号源和输出负载隔离开来。图4为一个典型的小信号双极晶体管的短路V-I特性，图中显示，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4五、 分块电路和整体电路的设计1、分块电路I 驱动缓冲电路驱动缓冲电路如图5所示，输入信号VIN驱动缓冲极Q1，它的旁路射极电阻R3有以下4个作用：(1) 它将Q1的微分输出电阻提高到接近公式(1)所示的值。 (1)该电路中的微分输出电阻增加很多，使

7、R3的阻值（27）几乎可以唯一地确定这个输出电阻。图5(2) 由于R3未旁路，使Q1电压增益降低，此时有 (2)(3) 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。(4) Q1的基极微分输入电阻升至，与只有相比，它 远远大于Q1的瞬时工作点，并且对其依赖性较低。II 直流耦合互补级联放大电路图6直流耦合互补级联放大电路如图6所示，该部分利用直流耦合将Q2与Q3进行级联，为AGC电路提供了大部分的电压增益。R14是1k的电阻，将发射机输出跟随器Q4与信号输出端隔离开来。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进入寄生振荡。III AG

8、C反馈电路AGC反馈电路如图7所示，电阻R4构成可变衰减器的固定电阻，类似于图5中的电阻R1，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。采用这种方法时，决定AGC释放时间的电阻R17阻值可以选大些，从而能有较长时间AGC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。当把大的C5值与Q5的最小微分电阻进行比较时，即最大信号波幅在完全控制下，其电抗对最低频率信号频谱成分而言是可以忽略的。D1和D2构成一个倍压整流器，它从输出级Q4提取信号的一部分，并为Q5生成控制电压。这种结构可以容纳非对称信号波形的两极性的大峰值振幅

9、。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。电阻R17决定了AGC的释放时间，为确保对高频信号成分的良好响应，D1和D2可以使用肖特基或快速PN硅二极管。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79V-9VIV 9V稳压源电路设计图89V稳压源电路如图8所示，电路由指示电路、变压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路五部分组成。输入AC220V、50Hz的交流信号后，通过保险丝（图中未画出）送到上电指示电路和变压器的原边绕组

10、，上电指示电路由1只普通红色发光二极管串接1只150k、功率0.25W的限流电阻而成。通过电源变压器得到较低的副边电压U2并送到整流电路。整流电路由4个1N4001二极管组成桥式整流电路，当正弦交流电压为正的时候，右上、左下二极管导通，当交流电压为负的时候右下、左上二极管导通，使输出的电压周期变为原来的一半，且电压总为正，从而初步达到变交流电压为直流电压的目的。经过整流以后的电压经滤波电容C1、C2的滤波作用，将整流以后的电压里的交流成分滤除。当滤波电容不接负载时，由于电容没有放电回路，所以输出的是一个恒定的电压量；当滤波电容接负载时，由于有了放电回路，电容的放电时间常数为一定值，使放电的时间

11、被控制在一定的范围，从而达到滤波的目的。选用1000F的电解电容作滤波电容。每个稳压器的输入和输出端接入的电容C5 、C6 、C7、C8目的是实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激振荡和抑制电路引入的高频干扰。D2、D3两只1N4001二极管如图跨接在稳压器的输入与输出端之间。2、总体电路图8完整的AGC电路图如图8所示，有效的AGC范围为5mV-50mV输入电压，在这个范围内，输出电压的变化不超过5dB，正弦输入信号从5mV到50mV步长变化时的AGC开始时间约为0.3s，从50mV输入至5mV的AGC释放时间约为100s。六、 实现功能本实验所完成的电路实现了自动增益控制的功能，输入变化较大

12、时（40dB以内），输出变化较小（5dB以内）。测试方法：先保持恒定的信号频率，将输入信号的有效值从5mV逐渐提高到50mV；之后再保持输入信号有效值不变，讲频率从100Hz逐渐提高到5kHz，分别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并记录数据。原始数据记录表格如下：UiUo/mVf/Hz14mVpp(5mV) 28 mVpp(10mV)56 mVpp(20 mV)84 mVpp(30 mV)112 mVpp(40mV)140 mVpp(50mV)1006216616786876946995006426847097237347431k6436857117257367452k

13、6436857117257367453k6436847097247367455k639682708722733742从140mVpp，5kHz到14mVpp，5kHz，共用时1分54秒；从140mVpp，100Hz到14mVpp，100Hz，共用时2分07秒。由数据可见，当输入从5mV到50mV变化时，输出在621mV到742mV之间，满足实验要求。部分波形图：（以最低频率最低电压和最高频率最高电压为例）当输入信号为14mVpp，100Hz正弦波时，输出电压有效值如下：波形图如下：当输入信号为140mVpp，5kHz正弦波时，输出电压有效值如下：波形图如下：七、 故障及问题分析1. 第一次连接

14、好电路后，示波器上没有输出信号，通过分级检查发现问题出在Q4的部分，电阻R19连接错误，导致后面的电路开路。重新正确连接该电阻之后问题得到解决。2. 排除故障后，发现输出的电压范围偏低，最低限只有300mV左右，没有达到0.5V到1.5V的要求。通过分析发现是级联放大电路的放大倍数不够。适当调低集电极电阻R9 、R12和输出端电阻R14之后，放大倍数显著提高，可以达到要求的范围。3. 在调试电路的过程中，经常会出现波形突然消失而后又慢慢恢复的情况。分析后认为是电容接触不良所致。通过重新插紧面包板上的元器件，该问题得到了解决。4. 调试过程中，发现输出波形有明显的失真现象。分析之后发现是三极管静

15、态工作点过低，通过调整相关电阻，提高静态工作点，使波形输出正常。但输出波形仍有部分失真。八、 总结和结论1. 实验结果在实验要求的100Hz到5kHz频率范围内，以5kHz为例，当输入信号从5mV变化到50mV时，输出大约从639mV变化到742mV，放大倍数从127.80倍到14.84倍，能够实现要求的自动增益的功能。2. 心得体会本次AGC实验相比于上学期做的电路实验要复杂得多，从实物图就可以看出，电路模块较多，所用元器件较多，需要通过细致认真的分析每一部分的功能，才能了解整体电路的原理。这需要我对电子电路方面的知识有较高的理解能力和分析能力。同时，由于是第一次做综合电路实验，电路也相对复

16、杂，在搭建的时候往往不得要领，无法分配好面包板的有限空间，导致布线布局较乱，甚至有元件短路的情况发生。经过后来的分析和修改，以及换用不同颜色的线表示不同的极性，解决了布线等问题。此外，这样的综合实验中，一旦发现电路出现问题，往往难以直接找出原因。这就要求我们有耐心，认真细致地分段检查电路故障，不能一出现错误重新搭建电路。通过分段检查的方式，我也对过去学习的电子电路知识有了更深的理解，对电路实验和故障排除的方法有了更深的体会，对各元器件故障的检查方式有了一次亲身实践，从而锻炼自己的实践能力和动手能力。实验仿真时需要用到Multisim软件，由于元器件较多，布置和连接元件的时候需要按照一定的先后顺序，之后再进行仿真。这又一次锻炼了我的软件应用能力，以及做实验之前先仿真的意识。最后，AGC实验要求设计9V直流电源的电路，这个设计原理是我在大一下学期电路分析基础课程中学习到的。同时，我通过查阅书籍和网络相关文献，对这一内容进行了复习，并且利用Multisim软件亲自设计了指示、变压、整流、滤波、稳压电路。这对自己的电路设计能力是一次很好的锻炼。九、 电路图与实物图Multisim绘制的电路图实物图波形图未加AGC反馈电路前Q4输出波形图（调试过程中）加入AGC反馈之后总体输出波形图十、 所用仪器及元器件清单名称数量名称数量数字式万用表1台NPN三极管(80