1、本科毕业设计说明书自动增益控制放大系统设计ON THE DESIGN OF AUTOMATIC GENERATION CONTROL学院（部）： 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 年 月 日安徽理工大学毕业设计I自动增益控制放大系统设计摘 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-34
2、00hz 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自动增益控制放大系统各部分的工作原理，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； 滤波器安徽理工大学毕业设计IION THE DESIGN OF AUTOMATIC GENERATION CONTROLABSTRACTThe automatic gain control electric circuit has
3、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
4、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 ban
5、d 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
6、 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 in
7、creases the system 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.KEYWARDS：Amplifier； Automatic Gain Control； AGC；Voltage follower；Filter安徽理工大学毕业设计目 录摘 要 .I第 1 章 引言 .
8、1第 2 章 自动增益控制 .22.1 自动增益控制 .22.1.1 自动增益控制电路（AGC）存在的意义.22.1.2 自动增益控制的基本概念.22.1.3 自动增益控制的原理.22.2 自动增益控制放大器.42.3 本课题的研究内容.4第 3 章 自动增益控制放大器的电路设计 .53.1 方案选择 .53.2 压随器工作原理 .73.3 整流电路工作原理 .73.4 滤波电路工作原理 .83.5 增益控制工作原理 .83.6 电路元器件选择 .93.6.1 运算放大器.93.6.2 场效应管选择.103.6.3 其他元器件选择.10第 4 章：放大器电路的调试及实验结果 .124.1 放大
9、器电路的调试 .124.2 实验结果及存在问题 .16总结 .17致谢 .18参考文献 .19附录 .20元器件列表.20仿真原理图.21安徽理工大学毕业设计1第 1 章 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
10、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。自动增益控制电路功能可以通过改变输入输出压
11、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。在放大器电路的若干发展趋势中，最显著的包括：减少系统材料清单、功耗和电路板空间；提供出色的信号处理技术、更好的功能性集成度、更高的线性度和更高的效率，以及更快的产品上市速度；以更低的输出功率在更长的距离上提供更高的数据传输速率；支持更大的带宽，但却不影响电池寿命；提供真正的数字CMOS控制，简便的软件校正，从而简化电路板设计和基带控制器接口等。本课题主要研究应用于音频放大的前级
12、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。在本课题中研究了关于自动化增益的多种实现方法，通过比较获得较佳方案，然后对其进行分析和设计，最后对系统的测试结果做了详细分析。安徽理工大学毕业设计2第 2 章 自动增益控制2.1 自动增益控制2.1.1 自动增益控制电路（AGC）存在的意义接收机的输出电平
13、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)如果接收机的增益下降,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)如果接收机的增益上升，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。2.1.2 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
14、大，信号弱时可以是一微伏或几十微伏，信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，
15、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
16、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。2.1.3 自动增益控制的原理自动增益控制电路组成框图如图2.1所示安徽理工大学毕业设计3（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。反馈控制器 UC电压比较器直流放大器振幅检波器可控增益放大器AuURui uo图 2.1 自动增益控制电路组成框图自
17、动增益控制电路工作原理:（1）当输入信号ui较小时，输出信号uo的幅度也较小，经电平检测器、低通滤波器、直流放大器的输出信号加到电压比较器上的电压也比较小,就不可能产生控制电压Uc去控制可控增益放大器的增益，相当于此时自动增益控制环路不工作。UR称为比较器的门限电压。（2）当输入信号ui振幅增大使输出信号uo的振幅增大时，相应的直流放大器输出电压也增大，当大于或等于基准电压UR，比较器的输出误差电压将改变，控制电压Uc将随之改变，并控制可控增益放大器的增益，此时环路启动，可控增益放大器的增益随输出信号的增大而降低，从而使输出信号减小；反之，当输入电压ui减小使输出电压uo减小时，环路产生的控制
18、信号Uc将使可控增益放大器的增益Au增加。可见，通过环路的控制作用，无论输入电压ui增加或减小，输出信号电平仅在较小的范围内变化，从而保持在输入信号变化的情况下输出信号基本稳定，达到自动增益控制（AGC）的目的。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
19、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，在它的输出中除音安徽理工大学毕业设计4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
20、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。2.2 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。2.3 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
21、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。安徽理工大学毕业设计5第 3 章 自动增益控制放大器的电路设计3.1 方案选择方案（一）：利用电阻电容来实现自动增益控制：图 3.1.1 利用电阻电容实现自动增益控制电路图由图3.1.1可以看出，此方案是通过自动调节RP1（调节低频） 、RP2（调节高频）来实现对输入信号的增益控制。当RP1的滑动端在最左端时，
22、电容C1被短路，音频信号经R1、R2送至运放的反相输入端，运放输出信号经过R4、RP1与C2并联后反馈回来，此时低音增益达到最大值。当RP1到右端时，音频信号经过R1、RP1、R2送到运放的反相输入端，运放输出信号经过R4、C2反馈回来，此时增益到最小值。同理，RP2的滑动端在最左端时，高音增益到最大，在最右端时，高音增益到最小。本电路虽然实现简单，没有复杂的构造，但由于高低音的转折区分不明显，导致电路的性能的不完善，在高低音分界时，不能准确的确定增益的调节是通过哪一个滑动电阻，也就不能稳定的实现自动增益控制，因此不可选。 方案（二）：通过两级放大器级联实现自动增益控制：由图3.1.2可以看出
23、，此方案是通过两级放大器的级联来控制自动增益调节的。此图采用了AD603来实现自动增益控制电路。AD603是低噪、90MHz带宽增益可调的集成运放，如增益用分贝表示，则增益与控制电压成线性关系。管脚间的连接方式决定了可编程的增益范围，增益在-11+30dB时的带宽为90MHz，增益在+9+41dB时具有9MHz带宽，改变管脚间的连接电阻，可使增益处在上述范围内。本电路经两级AD603级联后放大的信号，一路由J2送入下一级信号通道，另一路则输入到三极管。三极管的发射极PN结完成AGC检波，三极管PNP、NPN之间，形成的电流之差，经过集电极C9后，在C9上形成一个压降，当C9上的电荷达到一定量时
24、，有反馈电流送回，则形成AGC控制电压VAGC。输入信号增大时，三极管的集电极电流之差也跟着增大，反馈回到AD603之后使输出VAGC相应减小；同样，输入信号减小时，VAGC则会增大，即VAGC与输入信号的强度成反比，符合AGC电压反向控制要求。安徽理工大学毕业设计6图 3.1.2 通过两级放大级联实现自动增益控制电路图本方案结果较为理想，并且通过两级放大器的级联使增益控制范围增宽，性能比较稳定，但在与第三种方案进行综合比对时，我们采用了第三种方案。方案（三）：利用放大器和场效应管共同组成的电路实现自动增益控制图 3.1.3 利用放大器和场效应管实现自动增益控制电路图由图 3.1.3 可见，整个电路由包括场效应管在内的压控增益放大器，整流滤波电路，直流放大器组成，实现增益的闭环控制。信号自输入端进入到电路中，运放 A1 构成压随器，作为输入级。由运放 A2 构成反向放大器，其增益由场效应管的源极和漏极之间的电阻决定。输出电压经过整流电路和滤波电路形成压控电压，加到场效应管的栅极，当压控电压发生变化时，源极和漏极之间的
