自动增益控制电路的设计实验报告.docx

实验报告自动增益控制电路的设计XXXXXX学院班级：XX班姓名：XXX学号：XXXXX班内序号：XX一、 课题名称自动增益控制电路的设计与实现二、 实验内容设计和实现一种自动增益控制(AGC)电路,当音频输入信号在 40dB 的变化范围内，输出信号的幅度变化不超过 5dB。三、 项目背景自动增益控制(Automatic Gain Control, AGC)电路使放大电路的增益自动地随信号强度而调整的自动控制方法，实现这种功能的电路简称 AGC 电路，该电路广泛应用于广播电视、无线通信、光纤通信、传感器处理电路等。四、 实验目的1、了解 AGC 电路的原理及其应用。 2、掌握 AGC 电路的一种设计及实现方法。 3、提高独立设计电路和验证实验的能力。五、实验要求1. 基本要求 1） 设计实现一个 AGC 电路，设计指标以及给定条件为： l 输入信号：0.550mVrms； l 输出信号：0.51.5Vrms； l 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）。 2. 提高要求 1） 设计一种采用其它方式的AGC电路； 2） 采用麦克风作为输入，8喇叭输出的完整音频系统。 3） 如何设计具有更宽输入电压范围的AGC电路； 4） 测试AGC电路中的总谐波失真（THD）及如何有效降低THD。 3. 提交电子版的材料 1） 采用PROTEL软件绘制的的电路原理图（SCH）及印制电路板图（PCB）； 2） 采用PSPICE软件进行仿真的波形。 4. 各级仿真波形输出 六、设计思路1、电路结构框图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，如监控系统中的多个相同传感器返回的信号中，频谱结构和动态范围大体相似，而最大波幅却相差很多。此时，可以使用带自动增益控制的自适应前置放大器，使其增益应能随信号强弱而自动调整，以保持输出相对稳定。AGC电路的实现有反馈控制、前馈控制和混合控制等三种，典型的反馈控制AGC由可变增益放大器（VGA）以及检波整流控制组成，如图1所示： 图1 反馈式AGC本实验电路使用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。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，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，其VI特性曲线如图3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。图3 短路晶体管相应的微分电阻图V-I特性曲线2、驱动缓冲电路（1）输入缓冲极，其设计电路图如图4所示；输入信号VIN驱动缓冲极Q1，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。RD1rbe+(1+rce/rbe)(R3/rbe)（1）由于R3未旁路，使Q1电压增益降低至：AQ1=R4/rbe+(1+)R3R4/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的基极微分输入电阻升至RdBASE=rbe+(1+)R3，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。图4 输入缓冲级电路3、直流耦合互补级联放大电路直流耦合互补级联放大部分，电路图如图5所示；该部分利用直流耦合将Q2与Q3进行级联，构成互补放大器，在电路中对信号起到大部分的放大作用。图5 直流耦合互补级联放大电路4、AGC反馈电路AGC反馈电路如图6，其中R4构成可变衰减器的固定电阻，类似于图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。电阻R17决定了AGC的释放时间。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。电阻R15决定了AGC的开始时间。当输入信号变大时，输出跟着增大，Q6的微分电阻就会跟这变小，输入进入放大级的信号就会变小，是输出减小；反之输入变小时，输出自动变大。从而实现自动增益控制功能。图6 AGC反馈电路完整的AGC电路图如图7所示，有效的AGC范围为0.550mv输入电压，在这个输入范围内，输出信号电压范围0.51.5V, 信号带宽0.15kHz.图7 完整的AGC电路图七、实验仪器及元器件1、实验仪器：示波器，毫伏表，函数信号发生器，直流稳压电源，万用表2、实验元件：面包板（1个），三极管（S8050五个，S8550一个），二极管（1N4148两个），电阻若干，电解电容若干，瓷片电容若干，导线八、实现功能说明1、功能的实现：输入的信号范围在0.550mVrms时，经过输入缓冲级，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0.15KHz的要求，实现了自动增益控制。2、实现方法： 利用控制变量法，将输入信号的有效值从0.5mV逐渐提高到50mV，信号带宽从0.1kHz逐渐变到5kHz, 用示波器记录输入输出波形，用交流毫伏表测量输出有效值。3、实验数据表格：Fi/HzVo/mvVi/mv 1005001000200050000.56326386406195971.06957067067047041.57107187187177182.57297327337317333.57387427427417415.57507557527547547.57607647637637639.376777177076976912.677678178077977916.178478978978878720.079279779779679525.280180680680580530.080881481281181235.181482081981981940.082082682582582443.082382982882782745.082583183083082948.282883483483383250.0830836835834833由测出的数据可见，在实验要求的频段内，当输入信号从0.5mVrms变化到50mVrms时，输出大约只是从600mVrms变化到850mVrms，输入变化了100倍，而输出仅增大了约1.4倍，即在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，实现了自动增益控制的功能，符合设计的要求。九、故障及问题分析1、在连接好电路第一次测量的时候，示波器没有波形，经检查比照电路，发现是反馈级的二极管连接有误；需要注意正负极区分；2、第一次测出的波形输出较大，偏出了范围，根据放大原理，更换了几个电阻阻值之后就可以正常实现功能了；十、总结和结论本次实验的主要难点在于电路的连接复杂，需要事先熟知面包板的使用方法及电路的构成，这次自动增益控制电路的设计由于课本中以给出参考，可以直接连接完成，但是需要根据实际情况适当修改电阻等元器件；另外，在搭建电路之前，最好先做一个multism的电路仿真，以确定电阻值的正确使用；还需要注意的是PNP,NPN三极管的各引脚分别代表的哪个级，以及二极管，电容的正负极区分；面包板在使用时必须注意上下两行的中间是断开的，需要用一根导线连接起来，否则整个横排是不可以作为电源或地线的。十一、multism绘制的电路原理图信号发生器 示波器输出波形十二、参考文献电子测量与电子电路实践，科学教育出版社通信电子电路，高等教育出版社电子电路基础，高等教育出版社实际电路板