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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 自动增益控制电路的设计与实现实验报告北京邮电大学理学院2011214103 班刘辰学号：2011212657一、 摘要随着电子电路技术的发展，自动增益电路广泛的应用于录音机、雷达、广播，乃至于光纤通信、卫星通信、无线通信等等的领域中。自动增益电路，简称AGC电路，即 Auto gain control 电路。很多时候系统会遇到不可预知的信号等等原因，导致输入信号幅度变化较大时。此时，使用带“自动增益控制”的自适应前置放大器，使增益能随信号强弱而自动调整，以保持输出相对稳定。本实验介绍了一种简单的反馈式AGC电路，适用于低频段小信号处理的系统中
2、。关键词：自动增益控制,反馈，倍压整流，可变衰减二、 设计任务要求 1实验目的 1）了解AGC（自动增益控制）的自适应前置放大器的应用。 2）掌握AGC电路的一种实现方法。 3）提高独立设计电路和验证实验的能力 2实验任务1）设计实现一个如图3所示的AGC电路，设计指标以及给定条件为： 输入信号：0.550mVrms； 输出信号：0.51.5Vrms； 信号带宽：0.15KHz； 2）设计该电路的电源电路（不要求实际搭建）三、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。如下图，可变分压器由一个固定
3、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.Detetor C1c2R1R2Q1GND12Header 212Header 1VCCVREGI 反馈式AGC 由短路三极管构成的衰减器1） 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
4、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提供大部分电压增益，通过负反馈网络回到放大级的输入端。Q6构成衰减器的可变电阻部分，D1、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
5、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在D3上电压的峰值，并基本保持不变；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上的电压就基本上就维持在加在D3、D4上的交流电压峰值两倍。故称为倍压整流电路。1、 总体结构框图（1）一个简单AGC电路： 输出端放大电路输入 输出 反馈（2）本实验电路框图：信号范围：0.550mVrms 信号范围：0.51.5Vr
6、ms输入信号输入缓冲级级放大级，提供大部分增益输出信号放大级前端反馈网络 2、3、4、5、6、7、8、9、 五、实验分块电路的作用和总体电路1,信号缓冲输入级电路 2，直流耦合互补级联电路（提供大部分增益）： 3，信号输出级电路（射极跟随器Q4）： 4，倍压整流（D1、D2与电容C6构成）与反馈电路： 5、 总体电路设计该电路主要由输入前级、中间直流互补级联放级、倍压整流电路、反馈网络组成。其中反馈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，使信号自动衰减为一定的值（小幅波动），实现自动增益控制。六、所实现功能说明1、基本功能：输入的信号范围在0.550mVrms时，经过输入缓冲级
7、，直流耦合互补级联放大信号（提供大部分增益），经过射极跟随器，接输出端同时引反馈回去到放大级前端，反馈由具有倍压整流作用的D1、D2和可变衰减器，对不同的输入信号，反馈信号大小不一样，使经输入缓冲级放大电路放大的信号与反馈信号叠加，叠加后的信号幅度在很小的范围波动，再经过放大，使输出电压0.51.5Vrms，信号带宽满足覆盖100Hz5KHz的要求，实现了自动增益控制。2、直流电源：Vcc=9V3、主要测试数据： 调节增益时间：约为0.5s左右 f/HzVi/mVrms 10010003000 50005 0.78 0.78 0.780.7810 0.81 0.81 0.81 0.8120 0
8、.81 0.81 0.81 0.8130 0.79 0.79 0.79 0.7950 0.80 0.80 0.80 0.804、 测试方法：（1） 输入端接输入信号，电压有效值0.550mV，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0.5mV，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
9、到更低和更高的值，使输出信号电压衰减到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） 为了解反馈网络在自动增益控制电路中的作用，可以在反馈输出端接示波器通道来观察测量反馈输出信号，亦可把反馈引回的线去掉，用示波器观察测量没有反馈时的输出信号，记录测量的数据，分析可以看出反馈网络在该电路中举足轻重的地位，这也是该电路称为反馈式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
10、极输出波形，记录测量数据；把反馈去掉，同样观察测量Q1集电极的波形，对比可见，有反馈的时候Q1的集电极输出信号幅值基本为2mV，而无反馈的时候，Q1的集电极输出信号幅值为伏级上的，比有反馈的时候大的多，可见自动衰减的负反馈信号与经缓冲级放大的信号叠加，使信号维持在一个比较稳定的值。（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基本完成。七、故障及问题分析 连接电路时，有部分缺少元件，使用了近似的电阻做代替，或者与其他同学交换，部分无法代替的去找老师领取。同时，测试电路时发现了正负极接反的电容，发出的小爆炸声，电
11、容烧坏，因而重新接入了新的电容。另一方面，电路板面并不是很美观，用了很长时间整理面板。八、总结和结论1、本实验体现了理论与实践的综合，不止要理论设计清晰，而且手动搭建电路时候也不能出错。实际中就多次检查出电路连接错误而无法完成实验。通过实验，我们更深的理解了模拟电路的知识精髓。2、 由于自动增益控制电路比较复杂，我们在实验中应该进行整体协调与局部分析。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，可以基本确定是倍压整流与反馈的电路出现问题，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部分的
12、具体功能。3、 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，找出缺少的零件，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，使得整体清晰美观，这样可以避免不必要的返工。4、 输出的信号电压基本为0.78Vrms，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。5、 该自动增益控制电路，输入信号范围为0.550mVrms输出信号为0.51.5Vrms信号带宽：
13、1005KHz，适合应用于低频段小信号处理的系统中。7、进行实验时应该坚持不懈、严谨求实，不要因为无法得出满意的结果而放弃，应该一步步的寻找错误在哪里并且解决。九、PROTEL绘制的原理图1、PROTEL绘制的AGC电路原理图： 该电路主要有几部分组成：输入前级、中间直流互补级联放大级、倍压整流电路、反馈网络、输出级。其中反馈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，使信号自动衰减为一定的值，实现自动增益控制。 十、 所用元器件及测试仪表清单1、 元器件清单2、 测试仪器清单（1）信号发生器；（2）示波器；（3）交流毫伏表；（4）万用表；（5）直流稳压电源；十一参考文献 1. 电子电路综合设计实验教程，北京：北京邮电大学电路中心- 11 -
