自动增益控制电路的设计与实现实验报告

1、自动增益控制电路的设计与实现实验报告 电子电路综合设计实验-自动增益控制电路的设计与实现 学号08210303曹彧姝 自动增益控制电路的设计与实现 实验报告 北京* *学院 *班 * 学号：* - 1 - 电子电路综合设计实验-自动增益控制电路的设计与实现 学号08210303曹彧姝 一、 摘要 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，也经常有多个信号频谱结构和动态范围大体相似，而最大 波幅却相差甚多的现象。很多时候系统会遇到不可预知的信号，导致因为非重复性事 件而丧失数据。此时，可以使用带AGC自动增益控制的自适应前置放大器，使增 益能

2、随信号强弱而自动调整，以保持输出相对稳定。 自动增益控制电路已广泛用于接收机、录音机、信号采集系统、雷达、播送、电视 系统中，以及在无线通信、光纤通信、卫星通信等通信系统也有着非常广泛的应用。 本实验介绍了一种简单的反应式AGC电路，适用于低频段小信号处理的系统中。 二、 关键字 倍压整流，可变衰减，自动增益控制，电压跟随器，反应。 三、 设计任务要求 1、根本要求： 1 设计实现一个AGC电路，设计指标以及给定条件为： 输入信号50mVrms； 输出信号：； 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

3、 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喇叭作为输出的完整音频系统。 3、探究要求： 1如何设计具有更宽输入电压范围的AGC电路； 2测试AGC电路中的总谐波失真THD及如何有效的降低THD。 四、设计思路与总体结构框图 1、设计思路 1该实验电路中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。如下列图，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

4、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. - 2 - 电子电路综合设计实验-自动增益控制电路的设计与实现 学号08210303曹彧姝 GND I 反应式AGC 由短路三极管构成的衰减器 2 对正电流的I所有可用值，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。 3输入信号VIN驱动输入缓冲极Q1，中间互补级联放大电路Q2、Q3提供大局部电压增益， 通过负反应网络回到放大

5、级的输入端。Q6构成衰减器的可变电阻局部，D1、D2构成一个倍压整流器。它从输出级Q4提取信号的一局部并为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AGC的开始时间，电阻R17决定AGC的释放时间。 4倍压整流原理： 在一些需用高电压、小电流的地方，常常使用倍压整流电路。倍压整流，可以把 较低的交流电压，用耐压较低的整流二极管和电容器，“整出一个较高的直流电压。倍压整流电路一般按输出电压是输入电压的多少倍，分为二倍压、三倍压与多倍压整 流电路。 电路工作中，当二极管D3导通，D4 截止，电流经过D3 对电路中的电容充电， 将电容C11上的电压充到接近加

6、在D3上电压的峰值，并根本保持不变； - 3 - 电子电路综合设计实验-自动增益控制电路的设计与实现 学号08210303曹彧姝 当加在C11上的电压反向时，二极管D4导通，D3截止，此时，加在C11上的反向电压继续通过D4对电容C11充电，充电电压峰值为加在 D4两端的电压峰值。 如此反复充电，C11上的电压就根本上就维持在加在D3、D4上的交流电压峰值两倍。故称为倍压整流电路。 2、 总体结构框图 1一个简单AGC电路： 反应 2本实验电路框图： 电子电路综合设计实验-自动增益控制电路的设计与实现 学号08210303曹彧姝 - 7 - 电子电路综合设计实验-自动增益控制电路的设计与实现

7、学号08210303曹彧姝 - 8 - 电子电路综合设计实验-自动增益控制电路的设计与实现 学号08210303曹彧姝 4、 1 输入端接输入信号，电压有效值50mV，频率在100Hz5KHz，为得到不同 频率不同电压下的增益数据，采取单变量法测试，即保持一个变量不变，改变另一 变量，使其在规定范围内按一定的步长变化，用示波器观察输入输出信号，使用交 流毫伏表测量输入输出的信号电压的有效值，计算增益； 2具体测试过程如下： 保持输入电压有效值，改变信号频率从100Hz变化到5KHz为取得更多 的数据，可以每次增大500Hz，多测数据；为测试电路的带宽，可以改变频率到更 低和更高的值，使输出信号

8、电压衰减到3dB处，测出上限截止频率，测量记录如 上表格所示； 3 由测出的数据可以计算出增益，同时可见，再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，即可认为输入在规定范围内变化 时，输出不变，实现了自动增益控制的功能； 4 为了解反应网络在自动增益控制电路中的作用，可以在反应输出端接示波器通 道来观察测量反应输出信号，亦可把反应引回的线去掉，用示波器观察测量没 有反应时的输出信号，记录测量的数据，分析可以看出反应网络在该电路中举 足轻重的地位，这也是该电路称为反应式AGC的原因。 5 用示波器观察输入缓冲级该实验中注释为Q1的集电极输出波形，记录测量 数据；把

9、反应去掉，同样观察测量Q1集电极的波形，比照可见，有反应的时候 Q1的集电极输出信号幅值根本为2mV，而无反应的时候，Q1的集电极输出信号 幅值为伏级上的，比有反应的时候大的多，可见自动衰减的负反应信号与经缓 冲级放大的信号叠加，使信号维持在一个比拟稳定的值。 6 测量倍压整流电路D1、D2构成的输出信号波形，增进对倍压整流器的工作 原理的理解。 经过以上步骤，自动增益控制电路的测试根本完成。 - 9 - 电子电路综合设计实验-自动增益控制电路的设计与实现 学号08210303曹彧姝 七、故障及问题分析 首先，我花费了很长时间来连接电路。第一次连接到一半的时候，发现元器件全都挤 凑在一起，布局

10、很不合理，倘假设连接完毕后进行检查和测试等都会带来不便，于是我将电路板拆掉重新连接。第二次连接完成后，却无法得到预期的输出波形，而是一个会在电源接通后自动进行充放电的直流。经过检查却一直没有找到哪个元器件接错，加之元器件和导线未经修剪显得电路板外观依然不清楚明了，我又进行了第三次连接。这一次终于得到了近似正弦波的信号。 其次，这个信号有很大的干扰和震荡，我初步分析有元器件接触不良，于是检查了 每个元件的引脚接触。当我按了一下电阻R2时，发现输出电压的波形立刻减少了很多干扰，于是证明R2是接触不良的。 再次，尽管此时输出信号根本稳定，但并不是理论预期的波形，它并没有实现自动 增益控制的功能，而且

11、每当我用手轻轻碰一下面包板，输出信号就会重新充放电，因此我推测还是有元件没接好导致不稳定。依然通过排查的方式，发现二极管D1接触不良。因为我将D1跨接在了两块板子之间，而板子有些松动，导致二极管与面包板之间是开路的，使得倍压整流与反应电路不能正常工作。后来我用透明胶带将两块塑料板之间固定住，解决了D1容易断路的问题。 最终完成了能够实现自动增益控制的完整的电路板。 八、总结和结论 1、本实验综合性较强，考察了理论分析与动手实践的综合能力，让我们通过实验，更 深的理解了模拟电路的知识精髓。 2、本实验采用了反应式自动增益控制电路，主要由输入缓冲级、直流耦合互补级联、 信号输出级、倍压整流与反应几

12、个局部组成。倍压整流与反应实现了自动增益控制 的功能。 3、由于自动增益控制电路比拟复杂，我们在实验中应该学会整体协调与局局部析。当 电路的输出电压波形不符合预期时，要根据实际的输出与理论分析的输出之间的差 距来分析故障发生在哪里，例如当输出不能实现自动增益控制时，可以根本确定是 倍压整流与反应的电路出现问题，这样可使我们缩小排查的范围，提高实验效率， 同时加深理解了电路每一局部的具体功能。 4、本实验需要我们有较强的动手能力和统筹安排能力。在连接电路前，应该先将元件 清单列出，统一整理好后做好标注以便在后期连接电路的过程中选择或更改元器 件。另外，在连接电路之前，应该先设计好具体的电路布局，

13、使得整体清晰美观， 这样可以防止不必要的返工。 5、输出的信号电压根本为，以很小幅度波动，在实验要求的范围内，输出信 号带宽为50Hz225KHz，覆盖要求的频率宽度，可以处理很宽频带的信号，说明该 电路对信号处理能力强， 但同时带来一个问题，通频带宽，选择性差。 6、该自动增益控制电路，输入信号范围为50mVrms输出信号为信 号带宽：1005KHz，适合应用于低频段小信号处理的系统中。 7、科学工作者要具备坚持不懈、严谨求实的态度 九、PROTEL绘制的原理图 1、PROTEL绘制的AGC电路原理图： 该电路主要有几局部组成： 输入前级、中间直流互补级联放大级、倍压整流电路、反应网络、输出

14、级。 其中反应网络跨在直流互补耦合级联放大级的前端与输出级的前端之间，使信号自 - 10 - 电子电路综合设计实验-自动增益控制电路的设计与实现 学号08210303曹彧姝 动衰减为一定的值，实现自动增益控制。 - 11 - 电子电路综合设计实验-自动增益控制电路的设计与实现 学号08210303曹彧姝 覆铜膜： 3、 用PROTEL生成的3D效果图： - 12 - 电子电路综合设计实验-自动增益控制电路的设计与实现 学号08210303曹彧姝 底部三维效果： - 13 - 电子电路综合设计实验-自动增益控制电路的设计与实现 学号08210303曹彧姝 线路框架图： 4、9V稳压源电路原理图：

15、 - 14 - 覆铜膜： - 15 - 电子电路综合设计实验-自动增益控制电路的设计与实现 学号08210303曹彧姝 6、稳压源3D效果图： - - 16 电子电路综合设计实验-自动增益控制电路的设计与实现 学号08210303曹彧姝 线路框架图： - 17 - 电子电路综合设计实验-自动增益控制电路的设计与实现 学号08210303曹彧姝 7、 实物效果 - - 18 电子电路综合设计实验-自动增益控制电路的设计与实现 学号08210303曹彧姝 十、 所用元器件及测试仪表清单 1、元器件清单 - - 19 电子电路综合设计实验-自动增益控制电路的设计与实现 学号08210303曹彧姝 - - 20 电子