北邮自动增益控制电路的设计.docx
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北邮自动增益控制电路的设计
电子测量与电子电路实践
实验7.5自动增益控制电路的设计
实验报告
班级:
姓名:
学号:
第1页共15页
.课题名称：
自动增益控制电路的设计
二.实验摘要
针对某些电路应用对固定强度（幅度）信号的要求，我们通过采用AGC自动增益控制的自适应前置放大器，使增益能够随信号强弱而自动调整，以保持电路
输出相对稳定。
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：
电子电路自动增益控制直流耦合互补级
1.基本要求:
设计一个AGC电路，设计指标以及给定条件为:
（1）
电源电压：
9V;
（2）
输入信号：
0.5mV〜50mV
（3）
输出信号：
0.5V〜1.5Vr;
（4）
信号带宽：
100Hz〜5KHz
（5）
设计该电路的电源电路（不要求实际搭建）
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，8Q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
4.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：
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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R
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一集电极短路方式的双极晶体管微分电阻实现，为改变Q的电阻，可从一个
有电压源Vreg和大阻值电阻R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Rio
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Q的集电极一发射极饱和电压小于它的基极一发射极阈值电压，于是晶体管工作在有效状态。
短路晶体管的VI（电压一电流）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
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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
2.
总体构架框图
5.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
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Cl
TL
CapPoll
R2
I"""~
Kes2
IM
RL
Res2
220
_±C2
■q^capydi
ia（hj
R4Res?
27K
KQ1
^3050
|R3
Res>
T22K
驱动缓冲设计电路图如上图所示，当输入信号Vn驱动缓冲极Q时，它的非旁路射极电阻R3有四个作用：
1它将Q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R的阻值几乎可以唯一地确定这个输出电阻。
R）仟rbe+（1+Brce/rbe）（R3//rbe）
2由于R3未旁路，使Q电压增益降低至：
Aq1=—BRt/〔rbe+（1+B）R3〕~—Rt/R3
3如公式②所示，未旁路的R?
有助于Q集电极电流一电压驱动的线性响应。
4Q的基极微分输入电阻升至RjBAS=rbe+（1+B）R3，与只有「be相比，它远远大于Q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
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图中晶体管Q2为NPNt,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1kQ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。
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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0.5〜50mVrmS40dB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
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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。
6.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。
输入：
0.5mV-8mV
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10mV-50mV
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数据表格：
（格内为输出的有效值，单位V）
Vi/mvfHz一-
500
1000
2000
3000
4000
5000
0.5
1.08
1.09
1.08「
1.09
1.09
1.10
1
1.09
1.09
1.09
1.09
1.10
1.10
2
1.10
1.10
1.10
1.10
1.10
1.10
4
1.15
1.15
1.15
1.15
1.15
1.15
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6
1.15
1.15
1.15
1.15
1.15
1.15
8
1.15
1.15
1.15
1.15
1.15
1.15
10
1.20
1.20
1.20
1.20
1.20
1.20
20
1.23
1.23
1.23
1.23
1.23
1.23
30:
1.26
1.26
1.25
1.26
1.26
1.26
40
1.26
1.26
1.26
1.26
1.27
1.27
50
1.34
1.35
1.35
1.34
1.35
1.35
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。
7.故障及问题分析
1•示波器信号输出不稳定
在实验中，波形出来了，也实现了要求的效果，但示波器显示的信号不停地震荡，线条模糊。
为了解决此问题，我先是换了一条连接示波器的输入线，但不奏效，接下来我猜测是电路中的器件或导线连接得不好，于是我开始对每个器件，每条导线的连接进行检查，而当我检查到电容C3的时候，用手使劲往下压，清晰的波形就出来了，而一放开手，波形又变得模糊。
经过一番仔细研究，原来是电容的管脚减得太短导致接触不良。
8.总结和结论
本次实验进行得还算顺利，连接第一次就已经成功出现了波形，总结成功的原因，我认为是实验步骤以及实验方式得当。
在连接电路之前，我仔细研究过此电路的原理，并且进行了软件仿真，当对其原理有了一定清晰的了解之后，我才开始连接电路，因此，出现了什么问题，我可以首先从原理入手，分析原因，很快就能解决。
而在连接电路的过程中，我采用的方式是连接好一部分测一部分的效果，再连接下一部分，而不是整体连接后再测试，由于采用了这种方法，我很容易就能找到各部分连接出现的问题并较快地解决。
经过这次实验，我深刻地体会到，实验的步骤方式得当是实验成功的核心要素，每当我们进行一个电路实验时，我们首先要清晰了解其原理，而不是照着书本一味地连接电路。
而连接电路时，分块连接并测试是很重要的保证连接正确的方法。
只有我们注重这些方法，才能在实验中学习到更多，而不是在波形出不来的懊恼中浪费时间。
9.PROTE绘制的原理图
1、PROTE绘制的AGCfe路原理图：
第11页共15页
2、用PROTE生成的PCB板
第12页共15页
3、9V稳压源电路原理图:
D1
VCC
VCC
4、9V稳压源生成PCB板
第13页共15页
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
R1
220Q
1
电阻
R2
1MQ
1
电阻
R3
2.2KQ
1
电阻
R4
27KQ
1
电阻
R5
2.2KQ
1
电阻
R6
300KQ
1
电阻
R7
430KQ
1
电阻
R8
15KQ
1
电阻
R9
560Q
1
电阻
R10
15KQ
1
电阻
R11
27KQ
1
电阻
R12
100Q
1
电阻
R13
390Q
1
电阻
R14
1KQ
1
电阻
R15
15KQ
1
电阻
R16
51KQ
1
电阻
R17
1.8MQ
1
电阻
R18
330Q
1
电阻
R19
3.3KQ
1
电容
C1
3.3uF
1
电容
C2
100uF
1
电容
C3
2200uF
1
电容
C4
0.22uF
1
电容
C5
220uF
1
电容
C6
100uF
1
电容
C7
33uF
1
电容
C8
10uF
1
电容
C9
1000uF
1
电容
C10
1000uF
1
二极管
D1
1N4148
1
二极管
D2
1N4149
1
晶体管
Q1
NPN8050
1
晶体管
Q2
NPN8050
1
晶体管
Q3
PNP8550
1
晶体管
Q4
NPN8050
1
晶体管
Q5
NPN8050
1
晶体管
Q6
NPN8050
1
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若干
2、测试仪器清单
导线
名称
型号
编号
作用
函数信号发生器
GFG-8219A
20020915
产生交流信号
示波器
SS-7804
DLZX0022
显示输入输出波形:
交流毫伏表
YB2173F
20104837
测量交流有效值
直流电压表
HT-1712A
510-26
提供直流电压:
万用表
UT61A
11
测量直流电压、电阻值
卜一.参考文献
[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
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