1、自動增益控制自動增益控制（AGC）電路的設計電路的設計與實現與實現實驗報告實驗報告姓名：姓名：_班級班級：_ _班內序號班內序號：_ _學號學號：_ _2一、課題名稱一、課題名稱自動增益控制（AGC）電路的設計與實現二、實驗摘要二、實驗摘要自動增益控制電路的功能是在輸入信號幅度變化較大時， 能使輸出信號幅度穩定不變或限制在一個很小范圍內變化的特殊功能電路，簡稱為AGC電路。本實驗采用短路雙極晶體管直接進行小信號控制的方法，簡單有效地實現 AGC 功能。關鍵詞關鍵詞自動增益 電壓跟隨器 反饋三、設計任務要求三、設計任務要求1、基本要求：、基本要求：設計實現一個 AGC 電路，設計指標以及給定條件

2、為： 輸入信號 0.550mVrms； 輸出信號：0.51.5Vrms； 信號帶寬：1005KHz； 設計該電路的電源電路 （不要求實際搭建） ， 用 PROTEL 軟件繪制完整的電路原理圖 （SCH）及印制電路板圖（PCB） 。2、提高要求：、提高要求：1）設計一種采用其他方式的 AGC 電路；2）采用麥克風作為輸入，8喇叭作為輸出的完整音頻系統。3、探究要求：、探究要求：1）如何設計具有更寬輸入電壓范圍的 AGC 電路；2）測試 AGC 電路中的總諧波失真（THD）及如何有效的降低 THD。四、設計思路、總體結構框圖四、設計思路、總體結構框圖AGC 電路的實現有反饋控制、前饋控制和混合控制

3、等三種，典型的反饋控制AGC 由可變增益放大器（VGA）以及檢波整流控制組成，本實驗中電路采用了短路雙極晶體管直接進行小信號控制的方法，從而簡單而有效的實現 AGC 功能。可變分壓器由一個固定電阻 R1 和一個可變電阻構成， 控制信號的交流振幅。可變電阻采用基極-集電極短路方式的雙極性晶體管微分電阻實現為改變 Q1 電阻， 可從一個由電壓源 Vreg 和大阻值電阻 R2 組成的直流源直接向短路晶體管注入電流。為防止 R2 影響電路的交流電壓傳輸特性。R2 的阻值必須遠大于 R1.。3對于輸入 Q1 集電極的正電流的所有可用值， Q1 的集電極發射極飽和電壓小于它的基極發射極閾值電壓，于是晶體管

4、工作在有效狀態，其 VI 特性曲線如圖 2 所示。可以看出，短路晶體管的微分電阻與流過的直流電流成反比，即器件的微分電導直接與電流成正比。在工作狀態下，共射極連接的雙極型晶體管的電流放大系數一般在 100 或 100 以上， 在相當大的電流范圍內， 微分電阻都正確地遵守這一規則。 圖中所示的晶體管至少可以在五個十倍程范圍內控制微分電阻，即控制幅度超過 100dB。信號范圍0.5-50mVrms信號范圍0.5-1.5 Vrms五、分塊電路和總體電路的設計（含電路圖）五、分塊電路和總體電路的設計（含電路圖）1.1.分塊電路分塊電路1）驅動緩沖級其設計電路圖如圖 4 所示，當輸入信號 VIN驅動緩沖

5、極 Q1時，組成基極集電極輸出的共射電路，它的非旁路射極電阻 R3有四個作用：1它將 Q1的微分輸出電阻提高到接近公式（1）所示的值。該電路中的微分輸出電阻增加很多，使 R4的阻值幾乎可以唯一地確定這個輸出電阻。RD1rbe+(1+rce/rbe)(R3/rbe)（1）2由于 R3 未旁路，使 Q1電壓增益降低至：AQ1=R4/rbe+(1+)R3R4/ R3(2)3如公式（2）所示，未旁路的 R3有助于 Q1集電極電流電壓驅動的線性響應。4Q1的基極微分輸入電阻升至RdBASE=rbe+(1+)R3，與只有rbe相比，它遠遠大于 Q1的瞬時工作點，并且對其依賴性較低。實驗測試得晶體管 Q1

6、放大倍數很小，起到穩定輸入的緩沖作用。反饋網絡4XFG1C2100FR1220R21MR32.2kR427kQ12N5551VCC9VR52.2kC113.3F驅動緩沖級電路2）直流耦合互補級聯放大部分圖中晶體管 Q2 為 NPN 管，Q3 為 PNP 管，將 Q2 的集電極與 Q3 的基極相連，兩個管子實現共射共射放大，利用直流耦合構成互補放大器，為電路提供大部分電壓增益。C32.2mFC4220nFC5220nFC101mFR6270kR7390kR815kR52.2kR9560kR1015kR1130kR18330Q52N5551Q62N3906直流耦合互補級電路53）輸出級電路Q3 集

7、電極與 Q4 的基極相連，電流信號從 Q4 發射極流出，為共集電路，利用了共集射極跟隨器的特點，。另外，R14 將發射極輸出跟隨器 Q4 與信號輸出端隔離開來。C810FC91mFR1130kR12100R13390R141kR18330Q42N5551Q62N3906XSC1ABExt Trig+_+_VCC9V輸出級電路4）自動增益控制部分電路（AGC）電路圖如圖所示，其中 R4 構成可變衰減器的固定電阻，類似于圖 2 中的電阻 R1，而 Q6 構成衰減器的可變電阻部分， Q5 為 Q6 提供集電極驅動電流，Q5的共射極結構只需要很少的基極電流，而射極電流流入 Q6 集電極，由于可變電阻的

8、阻值與其流過的電流成反比，可改變電阻值。因為電阻 R17 與 C6 并聯，由于有二極管 D1、D2 單向導通作用，C6 只能通過 R17 放電，故 R17 決定了 AGC 的釋放時間。在實際中，R17 阻值可以選得大一的，延長 AGC 釋放時間，方便觀察。電阻 R19 用于限制通過 Q5 和 Q6 的最大直流控制電流。D1 和 D2 構成一個倍壓整流器，從輸出級 Q4 提取信號的一部分，為 Q5 生成控制電壓。這種構置可以容納非對稱信號波形的兩極性的大峰值振幅。電阻 R15 決定了 AGC 的開始時間。若與 C6 組合的 R15 過小，則使反饋傳輸函數產生極點，導致不穩定。反饋原理：反饋電路在

9、 Q4 發射極進行電壓取樣，另一端接 C3 后面，在輸入中電路進行電流相加，由瞬時極性法可判斷該反饋類型為電壓并聯負反饋。即當輸入信號增大時，輸出電流也增大，Q6 的微分電阻就會跟這變小，由于負反饋的作用，輸入信號就會變小，導致輸出減小，最終實現了輸出信號基本穩定。反之亦然，從而實現自動增益控制功能。6C6100FC73.3FR151.5kR1656kR171.8MR193.3kQ22N5551Q32N5551D11N4148D21N4148VCC9V圖 7 自動增益控制電路2.2.總體電路總體電路用 Protel 仿真的 SCH 原理圖：7六、所實現功能說明六、所實現功能說明已完成功能： 自

10、動增益調節：按照所設計的實驗電路圖在面包板上連接電路，并檢查確認無錯誤。調節函數發生器產生幅度及頻率處于實驗要求范圍內的正弦波并接入電路交流輸入端，并接入示波器 CH1 端檢測輸入。將電路輸出接示波器 CH2 端檢測并顯示輸出。 各端接地并接入直流穩壓信號，觀察實驗輸出。 發現所設計的電路可以實現頻率 100HZ5KHZ，幅度 20mV50mV 的正弦信號輸入時的信號放大自動增益調節。 示波器上顯示的輸出信號變化規律為先失真后恢復，斷電后失真之后逐步變為 0。電路測試測試方法：輸入端接輸入信號，電壓有效值 0.550mV，頻率在 100Hz5KHz，為得到不同頻率不同電壓下的增益數據，采取單變

11、量法測試，即保持一個變量不變，改變另一變量，使其在規定范圍內按一定的步長變化，用示波器觀察輸入輸出信號，使用交流毫伏表測量輸入輸出的信號電壓的有效值，計算增益。具體測試過程如下：(1) 保持輸入電壓有效值 025mV，改變信號頻率從 1KHz 變化到 5KHz（為取得更多的數據，可以每次增大 1KHz，多測數據；為測試電路的帶寬，可以改變頻率到更低和更高的值，使輸出信號電壓衰減到 3dB 處，測出上限截止頻率） ，測量記錄如上表格所示；(2) 由測出的數據可以計算出增益，同時可見，輸入電壓在規定的范圍內大幅波動時，輸出電壓在規定的范圍內以很小幅度波動，即可認為輸入在規定范圍內變化時，輸出不變，

12、實現了自動增益控制的功能；(3) 為了解反饋網絡在自動增益控制電路中的作用，可以在反饋輸出端接示波器通道來觀察測量反饋輸出信號，亦可把反饋引回的線去掉，用示波器觀察測量沒有反饋時的輸出信號， 記錄測量的數據， 分析可以看出反饋網絡在該電路中舉足輕重的地位，這也是該電路稱為反饋式 AGC 的原因；經過以上步驟，自動增益控制電路的測試基本完成，所得部分數據如下表：mVrmsf/Hz10002000300040005000570073673973673410720763761758756157377777757727692074478778578277925752796794791795307608

13、03801798801357668108078058074077281681381081245778819819815817850782822821820822七七、故障及問題分析故障及問題分析1.實驗電路一直沒有輸出，重復對照電路圖檢查電路發現有一個二極管接反2.開啟直流電源的時候出現短路，經檢查有導線與電阻短接。3.波型不穩定，易出現時能出波形時而不能出的情況。八、總結和結論八、總結和結論1.由于電路圖較復雜，元器件較多，搭電路時需要非常仔細才能避免錯誤，并且由于導線較多需要避免短接的現象發生。2.教材上給出的該電路中的電阻阻值大小僅供參考，在實驗過程中參考值大小因為元件限制和實際調試發現

14、的問題而有所改動。總結通過本次實驗，對 AGC 電路有了學習與了解。在設計、搭建電路的過程中，進一步注意了例如元器件搭建中的問題等，鞏固了上學期知識，對所學知識又有了新的理解與認識 。通過了一段長時間的實驗，復習了電子測量和電子電路實驗中使用的一些基本元件和一些基本的測量方法，例如面包板、示波器、萬用表、晶體管毫伏表、函數信號發生器的使用方法，還有常用元器件如電阻、電容、電感的標稱值讀數，以及電阻，電容，二級管，三極管好壞的檢測。九、九、multsim 仿真原理圖、波形圖仿真原理圖、波形圖9十、十、PROTELPROTEL 繪制的原理圖繪制的原理圖101、用 PROTEL 生成的 PCB 板P

15、CB 板3、9V 穩壓源電路原理圖：9V 穩壓電路4、9V 穩壓源生成 PCB 板119V 穩壓電路 PCB 板十一十一. .所用元器件及測試儀表清單所用元器件及測試儀表清單1、元器件清單元器件標號參數個數電阻R12201電阻R21M1電阻R32.2K1電阻R427K1電阻R52.2K1電阻R6270K1電阻R7390K1電阻R815K1電阻R95601電阻R1015K1電阻R1127K1電阻R121001電阻R133901電阻R141K1電阻R151.5K1電阻R1656K1電阻R171.8M1電阻R18330112電阻R193.3K1電容C13.3uF1電容C2100uF1電容C32200uF1電容C40.22uF1電容C5220uF1電容C6100uF1電容C73.3uF1電容C810uF1電容C91000uF1電容C101000uF1二極管D11N41481二極管D21N41491晶體管Q1NPN80501晶體管Q2NPN80501晶體管Q3PNP85501晶體管Q4NPN