电子电路综合设计实验报告.docx
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电子电路综合设计实验报告
电子电路综合设计实验报告
实验5自动增益控制电路的设计与实现
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学号：
班序号：
一.实验名称：
自动增益控制电路的设计与实现
二.实验摘要：
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，也经常有多个信号频谱结构和动态围大体相似，而最大波幅却相差甚多的现象。
很多时候系统会遇到不可预知的信号，导致因为非重复性事件而丧失数据。
此时，可以使用带AGC〔自动增益控制〕的自适应前置放大器，使增益能随信号强弱而自动调整，以保持输出相对稳定。
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围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展小信号控制的方法，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，可变衰减，反应电路。
三.设计任务要求
1.根本要求：
1〕设计实现一个AGC电路，设计指标以与给定条件为：
输入信号0.5～50mVrms；
输出信号：
0.5～1.5Vrms；
信号带宽：
100～5KHz；
2〕设计该电路的电源电路〔不要际搭建〕，用PROTEL软件绘制完整的电路原理图〔SCH〕与印制电路板图〔PCB〕
2.提高要求：
1〕设计一种采用其他方式的AGC电路；
2〕采用麦克风作为输入，8Ω喇叭作为输出的完整音频系统。
3.探究要求：
1〕如何设计具有更宽输入电压围的AGC电路；
2〕测试AGC电路中的总谐波失真〔THD〕与如何有效的降低THD。
四.设计思路和总体结构框图
AGC电路的实现有反应控制、前馈控制和混合控制等三种，典型的反应控制AGC由可变增益放大器〔VGA〕以与检波整流控制组成（如图1），该实验电路中使用了一个短路双极晶体管直接进展小信号控制的方法，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。
对正电流的I所有可用值，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V-I特性曲线非常类似与PN二极管，符合肖特基方程，除了稍高的直流电压值外，即器件电压的变化与直流电流变化的对数成正比。
因此，对于VI曲线上所有直流工作点，短路晶体管的微分电阻与流过的直流电流成反比，换句话说，器件的微分电导直接与电流成正比。
由于在其工作状态下，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，在相当大的电流围，微分电阻都遵守这一规那么。
因此，图2中VREG的变化就会改变电流I,并控制R1-Q1分压比。
耦合电容C1和C2将电路的衰减器与输入信号源和输出负载隔离开来下列图为一个典型的小信号双极晶体管的短路VI特性，图中显示，至少可以在五个十倍程围控制微分电阻，即控制幅度超过100dB。
五.分块电路和总体电路的设计
1.总体电路原理图
2.分块电路
〔1〕输入缓冲级
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：
首先，它将Q1的微分输出电阻提高到接近公式〔1〕所示的值。
RD1≈rbe+（1+βrce/rbe）（R3//rbe）〔1〕
该电路中的微分输出电阻增加很多，使R4的阻值〔27kΩ〕几乎可以唯一地确定整个输出电阻。
其次，由于R3未旁路，使Q1电压增益降低至：
AQ1=－βR4/〔rbe+（1+β）R3〕≈－R4/R3
（2）
第三，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。
第四，Q1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。
图中，电阻R4构成可变衰减器的固定电阻，类似于图1中的电阻R1。
电路原理图如下：
2〕直流耦合互补级联放大电路
该局部利用直流耦合将Q2与Q3进展级联，构成互补放大器，在电路中提供大局部电路电压增益。
电路图如下：
3）输出级电路
R14是1kΩ电阻，将发射极输出跟随器Q4与信号输出端隔离开来。
必要时，R14可选用更低的电阻，但如果R14过低，那么大电容的连接电缆会使Q4进入寄生振荡。
电路图如下：
4〕自动增益控制局部〔AGC〕即反应电路
Q6构成衰减器的可变电阻局部。
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，其阻值可以选大些，从而能够有较长的AGC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。
当把大的C3值和Q6最小微分电阻作比拟时，即最大信号波幅在完全控制下，其电抗对最低频率信号频谱成分而言是可以忽略的。
D1和D2构成一个倍压整流器，它从输出级Q4提取信号的一局部，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。
电阻R15决定了AGC的开场时间，假设与C6组合的R15过小，那么是反应传输函数产生极点，导致不稳定。
为确保对高频信号的良好响应，D1和D2可以使用肖特基或快速PN硅二极管。
电路图如下：
5〕9V稳压源电路
六.所实现的功能说明
1〕已完成的根本功能
本实验所完成的电路实现了自动增益控制的功能，输入的信号围在0.5～50mVrms，即40dB动态围。
在这个输入围，输出电压的变化不超过5dB。
2〕主要测试数据
VI（mV）
VO（mV）
f（Hz）
0.5
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
7.0
10.0
15.0
20.0
30.0
40.0
50.0
100
686
704
718
725
732
735
744
753
765
777
787
799
810
500
665
693
711
722
729
735
744
755
767
776
789
800
809
1k
665
691
712
723
731
737
746
757
769
777
791
802
811
2k
669
695
715
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738
747
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770
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755
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775
788
798
807
局部波形图：
3〕测试方法
i.固定某一频率，输入端接正弦输入信号，电压有效值从0.5调至50mV，用示波器观察输入输出信号，并用交流毫伏表测量输入输出的信号电压的有效值记录输出电压的有效值。
ii.在100~5000Hz的围改变频率值，重复上述过程。
七.故障与问题分析
故障1：
输出波形混乱。
问题分析：
第一次连接的电路混乱，同时由于对面包板部连线了解的不够清晰，不小心将局部元件短路掉了。
解决方法：
通过原理图，在纸上大致模拟画出在面包板上对电路元件的排布，再重新连接电路，问题得以解决。
故障2:
用示波器观察输入输出波形时，发现电路的输出信号始终随输入变化而变化，完全符合线性关系。
问题分析：
经检测，Q3的输出波形会失真，说明放大倍数很大，即互补放大电路局部没有问题，由此可知在负反应电路局部出现了错误。
解决方法：
通过对每个器件管脚输出波形的检测，一段导线两端的波形并不一致，由此发现面包板的短路问题，导致自动增益控制功能失效。
经改变导线在面包板上的位置后，问题得以解决。
故障3：
输出波形不稳定，且当输入到达要求围的一定数值时，电路不能实现自动增益控制的功能了。
问题分析：
故障现象与课本中学习的三极管进入线性区与否的差异十分类似，而我所连接的电路中，某些三极管的管脚间距过大，可能导致与面包板的接触不良，因此疑心问题出在三极管上。
解决方法：
将局部三极管重新排布后，问题得以解决。
八.总结与结论
1〕测试数据分析：
在实验要求的频段，当输入信号从0.5mVrms变化到50mVrms，即40dB的动态围时，输出大约只是从660mVrms变化到810mVrms，即约1.78dB，增益从输入0.5mVrms输出660mVrms〔即1320倍〕到输入50mVrms输出810mVrms〔即16.2倍〕，实现了自动增益控制的功能，符合设计的要求。
2〕心得体会：
本实验电路较我们曾经接触过的电路要复杂很多，需要分块了解每一局部的结构与功能，通过教师的讲解，我了解了对于复杂电路的分析方法，并对本次试验的目的与实现有了更为具体的了解。
此外，复杂的电路也给电路搭建带来了很大的挑战。
这要求我们一定要仔细对电路的串并联进展分析，才能正确连接电路，得到正确的实验结论。
当电路出现问题时，应该仔细分析故障，而不能盲目的重连电路，因此冷静与耐心也是做好此次试验必不可少的。
经过几次的修改，我对于利用面包板搭建电路已较为熟练，并对各种元件好坏的检测方法有了一定的了解，从中也锻炼了自己的动手能力。
此外，在设计电路时，还需要运用ProtelDXP软件，让我们初步对设计电路有了一定的认识，也学会了一种较为先进的电路设计方法，对于PCB板的手动布局与布线有了较为熟练的掌握。
九.PROTEL绘制的原理图与PCB板
实物图：
十.所用元器件与测试仪表清单
1〕元器件：
面包板〔1个〕
三极管〔8050五个，8550一个〕
二极管〔1N4148两个〕
电阻、电容假设干
导线
2〕测试仪表：
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
提供输入正弦信号
示波器
显示输入输出波形
交流毫伏表
测量输入输出信号有效值
十一.参考文献
1.《电子电路综合设计实验教程》，邮电大学电路实验中心
2.《电子电路根底》，宝玲主编，高等教育
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