搜索
电子测量与电子电路实践实验四自动增益控制（AGC）电路的设计与实现实验报告班级：姓名：学号：班内序号：一、课题名称：自动增益控制（AGC）电路的设计与实现二、摘要自动增益控制(AutomaticGainControl,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、传感器处理电路等。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，在输入信号0.5mV~50Vrms以及信号带宽100~5KHz范围内，使输出信号限制在0.5~1.5Vrms，变化较小，简单有效地实现了自动增益控制的功能。关键词：自动增益控制直流耦合互补级电子电路短路晶体管三、设计任务要求：1、基本要求：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。1)设计指标以定条件为：输入信号：0.5~50mVrms;输出信号：0.5~1.5Vrms;信号带宽：100~5kHz;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（PCB）。2、提高要求：1)设计一种采用其他方式的AGC电路；2)采用麦克风输入作为，8Ω喇叭输出的完整音频系统；3)如何实际具有更宽输入电压范围的AGC电路；4)测试ACG电路中的总谐波失真（THD）及如何有效降低THD。设计思路、总体结构框图1、设计思路1)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，如下图：2)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。如下图，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VREG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，R2的阻值必须远大于R1。对于正电流I的所有可用值（一般都小于晶体管的最大额定射极电流IE，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VI（电压—电流）特性曲线非常类似于PN二极管，符合肖特基方程，即期间电压的变化与直流电流变化的对数成正比。3)从下图可以看出，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。I2、总体构架框图四、分块电路和总体电路的设计（含电路图）1、分块电路：1)驱动缓冲电路驱动缓冲设计电路图如上图所示，当输入信号VIN驱动缓冲极Q1时，它的非旁路射极电阻R3有四个作用：①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。RD1≈rbe+(1+βrce/rbe)(R3//rbe)②由于R3未旁路，使Q1电压增益降低至：AQ1=－βR4/〔rbe+(1+β)R3〕≈－R4/R3③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。④Q1的基极微分输入电阻升至RdBASE=rbe+(1+β)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。2)直流耦合互补级联放大电路图中晶体管Q2为NPN管，Q3为PNP管，将Q2的集电极与Q3的基极相连，构成了直流耦合互补级放大电路，为AGC电路提供大部分电压增益。R14是1kΩ电阻，将发射极输出跟随器Q4与信号输出隔离开来。必要时，R14可选用更低的电阻，但如果R14过低，则大电容的连接电缆会使Q4进入寄生震荡。3)AGC反馈电路①电路图如图所示，电阻R4构成可变衰减器的固定电阻，而Q6构成衰减器的可变电阻部分。晶体管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。②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。③电阻R19用于限制通过Q5和Q6的最大直流控制电流。④D1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。这种构置可以容纳非对称信号波形的两极性的大峰值振幅。⑤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。⑥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。2、总体电路当输入信号为0.5～50mVrms（40dB动态范围），信号带宽为100Hz～5KHz，使输出信号在0.5～1.5Vrms（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。五、实现功能说明1)实现功能：自动增益控制,即根据输入的强弱控制增益大小，保证输出相对稳定于一个较小的范围。2)实验方法：（控制变量）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。3)部分工作点测量4、10、11、15分别为Q1、Q2、Q3、Q4输出点电压。实测直流工作点：2.080V，8.320V，4.944V，4.942V4)数据f/HzVi/mV200500100020003000400050005695V693V692V691V690V689V686V10719V725V720V719V715V716V714V20745V745V745V743V742V740V737V30754V759V760V759V757V755V751V40764V767V768V766V764V763V760V50773V778V778V777V775V772V767V图为输入1kHz,输入幅度为50mVrms时的示波器以及输出电压图从示波器输出以及数据表格均可看出，在要求的输入以及带宽范围内，输出幅度均在要求范围内，并且变化较小，较好地实现了自动增益控制。七、故障及问题分析R15自己短路了在试验中，我的输出会随着输入的增大而变成方波。我刚开始以为是电路没有搭对，所以就检查了好几遍电路，发现电路的连接并没有问题。后来把自动增益部分断开，发现虽然不能自动增益，但是不会变成方波。我于是开始对自动增益部分开始逐个原件进行测试，最终发现是R15短路了，使得输出波形变成方波。在以后的实验中，要先测试好原件的稳定性，然后再进行实验，否则查找问题会特别麻烦。八、总结和结论本次实验进行的还算比较顺利，在第三次做实验的时候就已经做出波形了。主要是老师在实验前告诉我们如何看这个电路图，并且告诉我们因该如何实验。在调试的时候我虽然因为R15短路而输出方波，我在查找问题上画了点时间。刚开始我采用分级调节，但是和仿真的结果不太一样，于是我测了测直流工作点，直流工作点正确了我就开始下一级的测试。所以实际实验和仿真还是有比较大的差别。经过这次实验，我体会到做电路实验不仅要明白电路的原理，细心的连接电路，而且还要熟练的使用各种测量仪器，这样才能又快又好的完成实验任务。九、软件仿真电路图和波形图1、Multisim仿真电路图波形图十、所用元器件及测试仪表清单1、元器件清单元器件标号参数个数电阻R1200Ω1电阻R21MΩ1电阻R32KΩ1电阻R430KΩ1电阻R52KΩ1电阻R6300KΩ1电阻R7430KΩ1电阻R816KΩ1电阻R9560Ω1电阻R1016KΩ1电阻R1127KΩ1电阻R12100Ω1电阻R13390Ω1电阻R141KΩ1电阻R151.1KΩ1电阻R1656KΩ1电阻R171.8MΩ1电阻R18330Ω1电阻R193.3KΩ1电容C13.3uF1电容C2100uF1电容C32200uF1电容C40.22uF1电容C5220uF1电容C6100uF1电容C733uF1电容C810uF1电容C91000uF1电容C101000uF1二极管D11N41481二极管D21N41491晶体管Q1NPN80501晶体管Q2NPN80501晶体管Q3PNP85501晶体管Q4NPN80501晶体管Q5NPN80501晶体管Q6NPN80501导线若干2、测试仪器清单名称型号编号作用函数信号发生器GFG-8219A20020915产生交流信号示波器SS-7804DLZX0022显示输入输出波形交流毫伏表YB2173F20104837测量交流有效值直流电压表HT-1712A510-26提供直流电压万用表UT61A11测量直流电压、电阻值一．参考文献[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[2]《电子测量与电子电路综合设计型实验讲义》北京邮电大学电子工程学院电路中心