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第1页共13页自动增益控制（AGC）电路的设计与实现实验报告姓名：班内序号：学号:学院:班级:第2页共13页一．课题名称：自动增益控制电路的设计与实现二．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。三．实验摘要自动增益控制电路的功能是在输入信号幅度变化较大时，能使输出信号幅度稳定不变或限制在一个很小范围内变化的特殊功能电路，简称为AGC电路。本实验采用短路双极晶体管直接进行小信号控制的方法，简单有效地实现AGC功能。关键词：自动增益控制，直流耦合互补级，电压跟随器，反馈四．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为：·输入信号：0.5～50mVrms；·输出信号：0.5～1.5Vrms；·信号带宽：100～5KHz。2.提高要求：设计一种采用其他方式的AGC电路。五．设计思路和总体结构框图设计思路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，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。在下图1中，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，R2的阻值必须远大于R1。第3页共13页图表1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。图表2VI特性曲线图显示短路晶体管相应的微分电阻图第4页共13页将上述AGC电路与一个放大电路相接，互相配合，即可以达到一个实现自动增益控制的放大电路。在本实验中采用一个8050型三极管和一个8550型三极管进行直流耦合互补级联提供大部分电路电压增益，并且利用一个8050型三极管作为缓冲极输入，一个8050型三极管作为射极跟随器输出。总体结构框图六．分块电路和总体电路的设计分块电路（1）输入缓冲极，其设计电路图如图3所示；输入信号VIN驱动缓冲极Q1，它的旁路射极电阻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)（1）输入信号检波整流控制可变增益放大器输出信号第5页共13页②由于R3未旁路，使Q1电压增益降低至：AQ1=－βR4/〔rbe+(1+β)R3〕≈－R4/R3(2)③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。图表3输入缓冲极电路图（2）直流耦合互补级联放大部分，电路图如图4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。第6页共13页图表4直流耦合互补级联放大部分电路（3）输出极，电路图如图5所示；Q4作为射极跟随器作为输出端，R14将Q4与信号输出端隔离开来。图表5输出极（4）自动增益控制部分（AGC），电路图如图6所示，并且在该图基础上加上R4构成。其中R4构成可变衰减器的固定电阻，类似于图1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第7页共13页很少的基极电流。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。图表6AGC总体电路最终设计的总体电路图如下：电路参数如图中标示，输入信号为0.5～50mVrms，信号带宽为100～5KHZ（在5K～6KHz时也可以达到要求）第8页共13页图表7完整AGC电路图仿真波形提高要求第9页共13页除了上述电路，还设计了另一种采用其他方式的AGC电路。其设计思路和原理图（图8）如下：设计思路：输入信号经电阻R1，R2分压后送往运放U1，二极管D1对U1的输出信号整流后，经过一个π型滤波电路得到一个负向的AGC电压，经U2放大后送往场效应管的栅极。工作原理：当输入信号的幅值较大时，相应地得到了较大的AGC电压，运放U2输出较大的负压至场效应管的栅极，增大了场效应管的源漏极间的电阻，从而减小了运放U1的放大倍数{输入信号的幅度进一步加大时，场效应管的源漏极间的电阻也会进一步加大，使运放U1的放大倍数进一步减小……直至场效应管的源漏极被完全夹断，这时运放U1失去放大能力成了电压跟随器。反之，当输入信号的幅值较小时，AGC电压也很小，运放U2输出也小，场效应管的源漏极问的电阻很低，使运放U1得到较大的放大倍数，从而在U1的输出端可以得到幅值较大的信号。如果需要在电路输出端得到较高幅值的信号，可以在运放U1的输出端增加2只电阻，调整这两只电阻的阻值，就能在U1的输出端得到不同幅值的输出信号。图表8另一种AGC电路图七．实现功能说明本实验所完成的电路实现了自动增益控制的功能，当输入端输入信号变化时，输出信号由于自动增益控制会基本保持不变，或者是先变化后恢复到原来的输出信号幅值。（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。（2）实验波形第10页共13页（3）实验数据第11页共13页可以从示波器波形和测试数据得出：在实验要求的频段内，当输入信号从0.5mVrms变化到50mVrms时，输出大约只是从645mVrms变化到768mVrms，输入变化了100倍，而输出仅增大了1.2倍，符合设计的要求。从示波器的波形可以直观明显地观察到当输入变化。当输入信号增大时，输出信号先突然增大，信号比较大时出现严重失真，然后减小，保持在1V左右；信号减小时，输出信号先迅速减小，然后又缓慢回到之前的位置。八．故障及问题分析（1）在验证AGC部分电路功能时，发现电路的输出信号始终呈一条直线。解决方法：发现有忘记连接导线的地方，检查电路查验电阻、电容数目然后检查导线位置，确认无误后，电路得以实现功能。（2）在接通电源之后没有出现预期波形，二极管发烫。解决方法：经验证二极管正负接反，将二极管正确连接后，电路功能得以实现。（3）电路没有出现预期波形，直流电源显示短路。解决方法：经检查，有元器件之间短路现象，检查整理电路之后，电路功能得以实现。（4）调节示波器，始终不显示输出波形，输入波形正常。解决方法：经检查，示波器的信道2线路有问题，换示波器之后电路功能正常，输入输出正常。注意：电解电容正负极，不能接反！虽然实验之中并未出现电容问题，但是电解电容记忆烧毁，需多注意。九．总结和结论本次试验综合性很强，不同于以往的简单电路，需要用到很多的元器件，虽然元器件较为简单，但是电路搭接以及问题分析方面都很考验我们小组。这一次实验，我们收集了大量的关于AGC电路的资料，首先运用multisim进行仿真，对于此次实验有了初步的认识。在进行实验的过程中，锻炼了我们的动手能力，在实验中灵活选用与所需电阻较为相似值进行替代可以解决电路箱中没有所需元器件的问题。实验用到的电路比较复杂，相比以前的实验，综合性更强。在搭建电路时最好先初步检测元件的功能是否完好，这样在后期调试电路时能节省很多时间，否则在电路搭建好后再查错相对要困难很多。其是电阻的选取不可马虎，相差数量级会导致不能实现电路所需的功能。电路连接的时候也要尽量布局合适，不要过于拥挤，导线的使用要谨慎，各元器件之间不能有交叉和短接的现象出现。注意三极管的以及二极管的连接，尤其注意电解电容的正负极！通过本次实验，我对AGC电路有了初步的认识。在设计、搭建电路的同时，提高了综合运用的能力，对所学知识又有了新的理解与认识。通过了这么长时第12页共13页间的实验，我学会了电子测量和电子电路实验中使用的一些基本元件和一些基本的测量方法，例如面包板、示波器、万用表、晶体管毫伏表、函数信号发生器的使用方法，还有常用元器件如电阻、电容、电感的标称值读数，以及电阻，电容，二级管，三极管好坏的检测。总之这次综合实验让我复习了理论知识，同时也积累的许多实验经验，使我受益良多。十．原理图电路图PCB生成图第13页共13页十一．所用元器件及测试仪表清单实验元件实验仪器十二．参考文献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2.林家儒，电子电路基础，北京：北京邮电大学出版社3.部分网络资料仪器名称用途直流稳压电源提供直流电压函数信号发生器提供输入小信号示波器显示波形交流毫伏表测量输入输出信号有效值万用表测量各元件面包板（1个）三极管（8050五个，8550一个）二极管（1N4148两个）电阻若干电解电容若干瓷片电容若干导线