1、第 1 页 共 12 页电子电路综合设计实验7.5 自动增益控制电路的设计实验报告学院： 信息与通信工程学院班级： 姓名： 学号： 班内序号：第 2 页 共 12 页1课题名称：自动增益控制电路的设计2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。针对此问题，可以采用自动增益控制（AGC）的自适应前置放大器，使增益能够随信号强弱而自动调整，以保持输出相对稳定。AGC 电路实现有反馈控制、前馈控制和混合控制三种，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，控制输入信号在 0.5mV50Vrms 范围（40dB 范围内），使输出信号在 0.51.5Vrms，即
2、输出电压变化不超过 5dB，信号带宽 1005KHz，从而简单有效地实现了 AGC 的功能。关键词：自动增益控制、直流耦合互补级3设计任务要求1.基本要求：设计一个 AGC 电路，要求设计指标以及给定条件如下：（1）电源电压：9V(2)输入信号电压：0.550mVrms；（3）输出信号：0.51.5Vrms；（4）信号带宽：1005KHz。（5）设计该电路的电源电路（不要求实际搭建）2.提高要求：设计一种采用其他方式的 AGC 电路。四设计思路、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，典型的反馈控第 3 页 共 12 页制 AGC 由可变增益放大器（VG
3、A）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。图 1-反馈式 AGC如图 2，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 V2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，R 2的阻值必须远大于 R1。图 2 由短路三极管构成的衰减器电路对于输入 Q1 集电极的正电流的所有可用值，Q 1 的集电极发射极饱和电压第 4 页 共 12 页小于它的
4、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.电路结构框图自动增益控制电路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，如图 3.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 3五.分块电路和总体电路的设计（含
5、电路图）第 5 页 共 12 页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 Q1 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 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的阻值几乎可以唯一地确定这个输出电阻。RD1r be+(1+r ce/rbe)(R3/rbe) （1） 由于 R3 未旁路，使 Q1 电压增益降低至：AQ1=R 4/r be+(1+)R 3R 4/ R3 (2) 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。 Q1 的基
6、极微分输入电阻升至 RdBASE=rbe+(1+)R 3， 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。实验测试得晶体管 Q1 放大倍数很小，起到稳定输入的缓冲作用。图 4 驱动缓冲级电路第 6 页 共 12 页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 的基极相连，两个管子实现共射共射放大，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。图 5 直流耦合互补级联放大电路3）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
7、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
8、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 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，在输第 7 页 共 12 页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。图 6 自动增益控制电路2.总体电路总体电路图如下：当输入信号为 0.550mVrms（4
9、0dB 动态范围），信号带宽为100Hz5KHz，使输出信号在 0.51.5Vrms（变化不超过 5dB）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。第 8 页 共 12 页图 7 总体电路图六实现功能说明1）自动增益控制功能的实现实验方法：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。再改变信号频率，使信号频率在 100HZ 至 5000HZ 之间变化。以下为实验数据表格
10、。第 9 页 共 12 页f(HZ)Vo(mv)Vi(mv)100 1000 2000 3000 4000 50000.5 685 686 686 685 685 6875 753 749 748 748 747 74510 774 770 769 768 766 76520 799 793 792 790 789 78725 808 800 799 798 796 79435 823 812 810 810 808 80640 829 817 817 815 814 81250 840 826 826 824 822 820结果分析：可以从示波器波形和测试数据得出：在实验要求的频段内，当输入
11、信号从0.5mVrms 变化到 50mVrms 时，输出大约只是从 685mVrms 变化到 840mVrms，输入变化了 100 倍，而输出仅增大了 1.2 倍，符合设计的要求。扩展：经过实验发现，输入信号的幅度和频率在 0.4mv,100HZ 至707mv,173KHZ 之间变化时，均可有较为稳定的输出。2)9V 电源电路的设计图 8 9V 稳压电路第 10 页 共 12 页112233445566D DC CB BA ATitleNumber RevisionSizeBDate: 2010-5-11 Sheet of File: E:AssignmentsSheet3.SchDoc Dr
12、awn By:12Header 2JP1Fuse 1F1Trans CTT1Bridge1 D2100pFC3100pFC8100pFC7100pFC1100pFC5 100pFC6100pFC4100pFC2IN14OUT 3GNDL7815ABD2TU1IN 14OUT3GNDL7815ABD2TU2DiodeD1DiodeD3VCCVCC3)采用其他方式的 AGC 电路的设计图 9 采用其他方式的 AGC 电路如图所示为由 VCA610 与运放 OPA680 构成的 AGC 电路，即自动增益控制电路。该电路用运放 OPA680 来反馈输出电压 Vo。二极管、电容 CH及电阻 R3 构成峰
13、值检波器，对输出信号的正峰值进行检波，在 CH上产生反映输出电压峰值的控制电压送到增益控制端 Vc，当输出电压 Vo 的正峰值高于参考电压 VR时，VCA610的增益下降，从而保证输出电压在一定的线性范围内，即为常数 1000：1。 R1、R2 的分压值影响二极管的导通，配合 R3、C H的时间常数，决定了正确的AGC 起控点，自动增益控制范围为 60dB。R4、Cc 用于 OPA680 反馈回路的相位第 11 页 共 12 页补偿。七.故障及问题分析本实验的 AGC 电路较为复杂，在搭建电路时必须细心耐心，第一次搭建完成后，没有波形输出，排线也较为凌乱，第二次开始搭建电路时，我先采用逐级搭建
14、的方法，即按照驱动缓冲电路、级联放大电路、AGC 反馈电路的顺序进行，发现了第一次搭建时用错了电容。并逐级测试 Q1、Q2、Q3 、Q4 的输出波形，在坐标纸上记录下波形。然而联调时仍没有正确的波形输出，遂逐一检查电路，发现是将各个部分联合时，未对加了 Vcc 之后的电阻位置进行调整所导致的。经过三次调整，终于输出了合理的波形。八.总结和结论在此次实验中，我初步了解了 AGC 自动增益的原理，在设计、搭建电路的同时也巩固了我以前学过的知识，提高了综合运用能力和动手能力。在实验中，进一步熟悉了 multisim 仿真软件的使用，熟悉了实验室中各种仪器的使用和调试，也学会了检查和分析电路中出现问题的原因，并且通过自己的思考找到了解决方法。最重要的是这次实验是对我的耐心和细心程度的一次考验，使我受益匪浅。9.所用元件及测试仪表清单名称 数量 名称 数量数字万用表 1 台 NPN 三极管（8050） 5 个稳压电源 1 台 二极管（1N4148） 2 个示波器 1 台 电阻、电容 若干集成运算放大器 2 个 其他PNP 三极管（ 8550） 1 个十二、参考文献1电子电路综合设计实验教程 北京邮电大学电路实验中心第 12 页 共 12 页2电子电路基础 刘宝玲主编 高等教育出版社
