AD603自动增益控制.doc

AGC电路的设计
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。

一：实验方案
AGC常用的实现方案有三种：
1） 利用电阻电容来实现自动增益控制：
图1：
由图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，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R1、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R1、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。
2）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2：
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，源极和漏极之间的电阻亦发生变化，因此放大器的放大倍数也发生变化，因此当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，达到自动增益控制的目的。
   本电路利用场效应管为压控元件的特性，通过改变其栅极的电压，进而改变其漏极和源极之间的电阻，从而可以改变放大器的增益，达到自动增益控制的目的。
3） 通过放大器AD603实现自动增益控制（这也是最后使用的方法）：

图3：
本方法采用了集成度比较高的AD603芯片，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。该集成电路可应用于射频自动增益放。
由于采用AD603后可以获得较稳定的输出，所以我们这里建议使用方案3。.

二：方案论证
1：AD603引脚图及内部结构图

图4：

图5:
2：AD603原理介绍
如图5所示，AD603由无源输入衰减器、增益控制界面和固定增益放大器三部分组成。图5中加在梯型网络输入端(VINP)的信号经衰减后，由固定增益放大器输出，衰减量是由加在增益控制接口的电压决定。增益的调整与其自身电压值无关，而仅与其差值VG有关，由于控制电压GPOS/GNEG端的输入电阻高达50MΩ，因而输入电流很小，致使片内控制电路对提供增益控制电压的外电路影响减小。以上特点很适合构成程控增益放大器。图1中的“滑动臂”从左到右是可以连接移动的。当VOUT和FDBK两管脚的连接不同时，其放大器的增益范围也不一样。
当脚5和脚7短接时，AD603的增益为40Vg+10，这时的增益范围在 -10～30dB，本文的设计就是这样应用的。当脚5和脚7断开时，其增益为40Vg+30，这时的增益范围为10～50dB。如果在5脚和7脚接上电阻，其增益范围将处于上述两者之间。

3：用AD603实现AGC电路工作原理
在图3中，我们选用一级AD603作为主电路，AD603的输出信号经过三极管检波后反馈回控制电平端。这里通过三极管的作用会使得控制电压与输出电压成反比关系。当一开始输入较小信号时，Q1截止，这时输出信号随着输入信号的增大而增大；当输入信号值到一定大小时，Q1、Q2导通，随着输入信号的增大，输出增大，Q1集电极电流增大，Q2发射级电流增大，R4上压降增大，导致C6电容上的电压值变大。反馈回去的GPOS值变大。AD603的增益逐渐减小，直到放大器增益变为-10DB，这个过程可以实现输出电压值恒定于一个电压范围；此后当输入电压值继续增大时，电压增益恒定，AD603达到饱和，输出随着输入电压的增大继续增大。

4：电路仿真与参数测量
频谱图

图6：
从上图可以看出电路的频带范围基本符合90MHZ的理论要求。
‚在输出不失真的情况下，输出电压（恒定的情况）与输入电压（100KHZ条件下）的关系表格

输入电压

输出电压

V
dbm
V
dbm
第一组
20m
-33.98
0.551
-5.18
第二组
30m
-30.46
0.551
-5.18
第三组
50m
-26.02
0.556
-5.10
第四组
100m
-20.00
0.557
-5.08
第五组
200m
-13.98
0.557
-5.08
第六组
500m
-6.02
0.556
-5.10
第七组
700m
-3.10
0.558
-5.06
第八组
1
0.00
0.555
-5.11
第九组
1.5
3.52
0.557
-5.08
第十组
1.7
4.61
0.552
-5.16

在上述情况下，每组测量时控制电压计算出的理论增益与实际增益的关系表格
GPOS（V）
AD603的VG
0.08
理论增益
db
实际增益
db
0.531
0.451
28.8
28.04
0.451
0.371
25.28
24.84
0.346
0.266
20.92
20.64
0.198
0.118
14.92
14.72
0.05
-0.03
8.9
8.8
-0.15
-0.23
0.92
0.8
-0.223
-0.303
-1.96
-2.12
-0.298
-0.378
-5.11
-5.12
-0.383
-0.463
-8.6
-8.52
-0.409
-0.489
-9.77
-9.56

通过上表可以发现，理论增益值与实际仿真增益值基本符合！本实验中输入动态范围约为38.59db,输出基本很定在0.551~0.558中间。比较符合AGC的要求！

三：实际电路的焊接与调试
实际所搭电路图如下

图7
上图是经过多次调试后最后成功的电路，AD603是位于中间的那部分，左边的芯片插座原本接的是个跟随器，这个在电路中可以增加上，但前提是所加跟随器的带宽与AD603相对应，右测是个简单的正负电源产生电路，在实际操作时由于不够稳定，最后采用了专门供直流电的仪器。
‚实验现象
我们用NW1645功率函数信号发生器作为输入信号，通过改变输入幅度来观察输出波形形状和有效值，输入信号的频率保持为100KHZ。

图8
在输入幅度由20mV变为1.7mV时，输出波形一直保持上图中的正弦波，输出有效值近似为0.551mV左右，比较符合理论要求！

四：实验小结
通过实验可以发现，可以通过使AD603处于不同的模式下，即改变7脚与5脚的连接方式，然后使得它的频带范围和增益大小发生变化。并且在电路中，我们可以改变输出端电阻R4的大小，来改变输出稳定的幅度值。
在开始实验的时候，根据网友的建议，我在输入端加了一个跟随器，但由于芯片选择的不好，采用了低频信号比较好的OP07芯片，高频信号输入时要失真，而手边没有宽频带的放大器芯片，所以这里电路中我就没加射极跟随器。
刚刚搭完电路进行调试时出现过一些小问题，如电路连接错误，或者三级管管脚判断错误，以及去耦电容和隔直电容的选取问题，当然包括探头松动引起波形的变化和跳线太多导致电路信号不稳定、噪声多，这些都是一些要注意的问题，它们也是模电中经常要注意的问题。