自動(dòng)增益控制電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)劃書(shū)

塔里木大學(xué)信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 1 自動(dòng)增益控制電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)劃書(shū) 1自動(dòng)增益控制電路的背景與意義 動(dòng)增益控制電路的背景 隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)等行業(yè)的迅速發(fā)展，自動(dòng)增益控制電路越來(lái)越被人們熟知并且廣泛的應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中。自動(dòng)增益控制線路，簡(jiǎn)稱 是限幅裝置的一種，是利用線性放大和壓縮放大的有效組合對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)輸入信號(hào)較弱時(shí)，線性放大電路工作，保證輸出聲信號(hào)的強(qiáng)度；當(dāng)輸入信號(hào)強(qiáng)度達(dá)到一定程度時(shí)，啟動(dòng)壓縮放大電路，使聲輸出幅度降低，滿足了對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行衰減的需要。也就是說(shuō)， 能可以通過(guò)改 變輸入輸出壓縮比例自動(dòng)控制增益的幅度，擴(kuò)大了接收機(jī)的接受范圍，它能夠在輸入信號(hào)幅度變化很大的情況下，使輸入信號(hào)幅度保持恒定或僅在較小范圍內(nèi)，不至于因?yàn)檩斎胄盘?hào)太小而無(wú)法正常工作，也不至于因?yàn)檩斎胄盘?hào)太大而使接收機(jī)發(fā)生飽和或堵塞。在電路設(shè)計(jì)中，這種線路被大量的運(yùn)用，從尖端的雷達(dá)技術(shù)到日常的廣播電視系統(tǒng)，自動(dòng)增益控制無(wú)疑很好的解決了各種技術(shù)中存在的信號(hào)強(qiáng)度問(wèn)題。 動(dòng)增益控制電路的意義 當(dāng)輸入信號(hào)電壓變化很大時(shí)，保持接收機(jī)輸出電壓恒定或基本不變。具體地說(shuō)，當(dāng)輸入信號(hào)很弱時(shí)，接收機(jī)的增益大，自動(dòng)增益控制電路 不起作用 ;當(dāng)輸入信號(hào)很強(qiáng)時(shí)，自動(dòng)增益控制電路進(jìn)行控制，使接收機(jī)的增益減小。這樣，當(dāng)接收信號(hào)強(qiáng)度變化時(shí)，接收機(jī)的輸出端的電壓或功率基本不變或保持恒定。因此對(duì) 路的要求是 :在輸入信號(hào)較小時(shí)， 路不起作用，只有當(dāng)輸入信號(hào)增大到一定程度后， 路才起控制作用，使增益隨輸入信號(hào)的增大而減少。 2 為實(shí)現(xiàn)上述要求，必須有一個(gè)能隨外來(lái)信號(hào)強(qiáng)弱而變化的控制電壓或電流信號(hào)，利用這個(gè)信號(hào)對(duì)放大器的增益自動(dòng)進(jìn)行控制。由上述分析可知，調(diào)幅中頻信號(hào)經(jīng)幅度檢波后，在它的輸出中除音頻信號(hào)外，還含有直流分量。直流分量大小與中頻 載波的振幅成正比，也即與外來(lái)高頻信號(hào)成正比。因此，可將檢波器輸出的直流分量作為 制信號(hào)。 點(diǎn)和電壓放大倍數(shù)的影響 理圖 圖 2真模擬 b=3示 圖 2 3 圖 2b=示 4 圖 2 真結(jié)果如下圖 2示： 圖 21=10，輸出波形如下圖 2示 5 圖 21=20，輸出波形如下圖 2示 圖 26 真數(shù)據(jù) 表 2仿 真 數(shù) 據(jù) 基極偏置電阻 直流電壓表讀數(shù) 信號(hào)源峰值波器顯示波形峰值 CQ/3 12 07 驗(yàn)結(jié)論： （ 1） 大時(shí)， 小， 大， |減小。 （ 2）調(diào)節(jié)電阻 改變 改變阻容耦合共射放大電路電壓放大倍數(shù)最有效的方法。 （ 3）實(shí)際的最大不失真輸出電壓值小于理論分析值。 （ 4）對(duì)于實(shí)際電路，失真 后的波形并不是頂部成平頂或底部成平底，而是圓滑的曲線；測(cè)試放大電路時(shí)，可以通過(guò)輸出電壓波形正、負(fù)半周幅值是否相等來(lái)判斷電路是否產(chǎn)生失真。 3兩級(jí)直接耦合放大電路的調(diào)試 驗(yàn)?zāi)康?1熟悉差動(dòng)放大電路電路的特點(diǎn)和工作原理。 2掌握直接耦合放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整和測(cè)試方法。 3兩級(jí)直接耦合放大電路的調(diào)整和測(cè)試方法。 理 圖 3兩級(jí)直接耦合放大電路，第一級(jí)為雙端輸入、單端輸出差分放大電路，第二級(jí)為共射放大電路。由于在分立元件中很難找到在任何溫度下均具有完全相同特性的兩只晶體管，因而通過(guò)電位 器來(lái)調(diào)節(jié)其對(duì)稱性，使其實(shí)現(xiàn)共模抑制比很高的差分放大電路。 7 圖 3級(jí)直接耦合放大電路 真電路 由于在分立元件中很難找到在任何溫度下均具有完全相同特性的兩只晶體管，因而也就很難實(shí)現(xiàn)共模抑制比很高的差分放大電路。在 境下可以做到兩只晶體管特性基本相同。 8 圖 3形仿真圖 9 圖 3形仿真圖 真內(nèi)容 （ 1）調(diào)整電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，使電路在輸入電壓為零時(shí)輸出電壓為零。用直流電壓表測(cè) 10 電極靜態(tài)電位，測(cè)試電路見(jiàn)圖 3示 （ 2）測(cè)試電路的電 壓放大倍數(shù)，輸入電壓是峰值為 2正弦波，從示波器可讀出輸出電壓的峰值，由此得電壓放大倍數(shù)。測(cè)試方法見(jiàn)圖 3示。 （ 3）測(cè)試電路的共模抑制比。加共模信號(hào)，從示波器可讀出輸出電壓的峰值，得共模放大倍數(shù)，從而得共模抑制比。測(cè)試電路見(jiàn)圖 3示。 真數(shù)據(jù)結(jié)果 （ 1） 靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試結(jié)果見(jiàn)表 3 3態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試結(jié)果 （ 2）電壓放大倍數(shù)的測(cè)試見(jiàn)表 3 3壓放大倍數(shù)的測(cè)試 輸入差模信號(hào)電壓峰值/一級(jí)輸出電壓峰值/一級(jí)差模放大倍數(shù) 第二級(jí)輸出電壓峰值/二級(jí)差模放大倍數(shù) 整個(gè)電路的電壓放大倍數(shù) 2 3） 共模放大倍數(shù)的測(cè)試見(jiàn)表 3 3模放大倍數(shù)的測(cè)試 輸入共模信號(hào)電壓峰值/一級(jí)輸出電壓峰值/二級(jí)輸出電壓峰值/一級(jí)共模放大倍數(shù) 整個(gè)電路的共模放大倍數(shù) 共模抑 制比 100 55 902 論 （ 1）由于直接耦合放大電路各級(jí)之間的靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響，一般情況下，應(yīng)通過(guò)軟件調(diào)試各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)，基本合適后再搭建電路，進(jìn)行實(shí)際測(cè)試。 （ 2）當(dāng)輸入級(jí)為差分放大電路時(shí)，電路的電壓放大倍數(shù)是指差模放大倍數(shù)。 （ 3）具有理想對(duì)稱性的差分放大電路抑制共模信號(hào)的能力很強(qiáng)，因此以它作直接耦合多級(jí)放大電路的輸入級(jí)可提高整個(gè)電路的共模抑制比。 10 208 11 理 路如圖 4示 圖 4路 如圖 4示，自動(dòng)增益控制電路主要由驅(qū)動(dòng)緩沖電路、級(jí)聯(lián)放大電路、輸出跟隨電路和增益反饋電路 4個(gè)部分組成。 圖 4路框圖 塊電路和總體電路的設(shè)計(jì) （ 1）輸入緩沖極，其設(shè)計(jì)電路圖如圖 4示 信號(hào)范圍： 50 信號(hào)范圍： 入信號(hào) 輸入緩沖級(jí) 放大級(jí)，提供大部分增益 輸出信號(hào) 放大級(jí)前端 反饋網(wǎng)絡(luò) 12 圖 4入緩沖級(jí) 將 微分輸出電阻提高到接近 1+ 示的值 由于 旁路，使 壓增益降低至 1+ ) 有助于 電極電流電壓驅(qū)動(dòng)的線性響應(yīng)。 （ 2）復(fù)合管放大部分，電路圖如圖 4示 圖 4合管放大部分 *復(fù)合管的極性有前管決定，即前管 復(fù)合管就是 （ 3）輸出極，電路圖如圖 4示 13 圖 4出級(jí) 跟隨器作為輸出端， 4 與信號(hào)輸出端隔離開(kāi)來(lái) （ 4）自動(dòng)增益控制部分（ 電路圖如圖 4且在該圖基礎(chǔ)上加上 圖 4制部分電路 變電阻 部分。 6提供集電極驅(qū)動(dòng)電流 5和 4提取 信號(hào)的一部，為 14 輸入信號(hào)變大 輸出跟著增大 入進(jìn)入放大級(jí)的信號(hào)變小。 反之輸入變小時(shí)，輸出自動(dòng)變大 =實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制功能。 總體電路 最終設(shè)計(jì)的總體電路如圖 4圖 4電路圖 電路參數(shù)如圖中標(biāo)示，輸入信號(hào)為 50號(hào)帶寬為 100 5實(shí)現(xiàn)功能說(shuō)明 1、基本功能： 輸入的信號(hào)范圍在 50經(jīng)過(guò) 輸入緩沖級(jí) 復(fù)合管 放大信號(hào)（提供大部分增益 ) 信 號(hào)帶寬滿足覆蓋 1005現(xiàn)了自動(dòng)增益控制。 下 面 是 輸 入 信 號(hào) 在 f 1 40 刻 的 仿 真 結(jié) 果 ： 15 圖 4真圖 圖 4入信號(hào)瞬時(shí)波形如圖 圖 4出信號(hào)瞬時(shí)波形如圖 2、直流電源： V 16 3、主要測(cè)試數(shù)據(jù)： 表 4試數(shù)據(jù) 4、測(cè)試方法： （ 1）輸入端接輸入信號(hào)，電壓 電壓有效值 50率在 1005變量法測(cè)試 用示波器觀察輸入輸出信號(hào) 交流毫伏表測(cè)量輸入輸出的信號(hào)電壓的有效值，計(jì)算增益； （ 2）具體測(cè)試過(guò)程如下： 保持輸入電壓有效值 變信號(hào)頻率從 100化到 5=測(cè)量記錄如上表格所示； (3） 觀察輸入緩沖級(jí) 有反饋 無(wú)反饋 出信號(hào)幅值為伏級(jí)上的 比有反饋的時(shí)候大的多 可見(jiàn)自動(dòng)衰減的負(fù)反饋信號(hào)與經(jīng)緩沖級(jí)放大的信號(hào)疊加使信號(hào)維持在一個(gè)比較穩(wěn)定的值。 經(jīng)過(guò)以上步驟，自動(dòng)增益控制電路的測(cè)試基本完成。 5、由上述測(cè)試方法得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 表 4f/i/00 1000 3000 5000 f(Vo(Vi(100 1000 2000 3000 4000 5000 17 驗(yàn)故障及問(wèn)題分析 可以從示波器波形和測(cè)試數(shù)據(jù)得出：在實(shí)驗(yàn)要求的頻段內(nèi)，當(dāng)輸入信號(hào)從 0，輸出大約只是從 685化到 840入變化了 100 倍，而輸出僅增大了 ，符合設(shè)計(jì)的要求。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，輸入信號(hào)的幅度和頻率在 0070773間變化時(shí)，均可有較為穩(wěn)定的輸出。 85 686 686 685 685 687 5 753 749 748 748 747 745 10 774 770 769 768 766 765 20 799 793 792 790 789 787 25 808 800 799 798 796 794 35 823 812 810 810 808 806 40 829 817 817 815 814 812 50 840 826 826 824 822 820 18 總結(jié)和結(jié)論 1、本實(shí)驗(yàn)綜合性較強(qiáng)，考察了理論分析與動(dòng)手實(shí)踐的綜合能力，讓我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)，更深的理解了模擬電路的知識(shí)精髓。 2、本實(shí)驗(yàn)采用了反饋式自動(dòng)增益控制電路，主要由輸入緩沖級(jí)、復(fù)合管、信號(hào)輸出級(jí)、倍壓整流與反饋幾個(gè)部分組成。倍壓整流與反饋實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)增益控制的功能。 3、由于自動(dòng)增益控制電路比較復(fù)雜，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中應(yīng)該學(xué)會(huì)整體協(xié)調(diào)與局部分析。當(dāng)電路的輸出電壓波形不符合 預(yù)期時(shí)，要根據(jù)實(shí)際的輸出與理論分析的輸出之間的差距來(lái)分析故障發(fā)生在哪里，例如當(dāng)輸出不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制時(shí)，可以基本確定是倍壓整流與反饋的電路出現(xiàn)問(wèn)題，這樣可使我們縮小排查的范圍，提高實(shí)驗(yàn)效率，同時(shí)加深理解了電路每一部分的具體功能。 4、輸出的信號(hào)電壓基本為 很小幅度波動(dòng)，在實(shí)驗(yàn)要求的范圍內(nèi)，輸出信號(hào)帶寬為 50225蓋要求的頻率寬度，可以處理很寬頻帶的信號(hào)，說(shuō)明該電路對(duì)信號(hào)處理能力強(qiáng)， 但同時(shí)帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題，通頻帶寬，選擇性差。 5、該自動(dòng)增益控制電路，輸入信號(hào)范圍為 50出信號(hào)為 號(hào)帶寬：100 5合應(yīng)用于低頻段小信號(hào)處理的系統(tǒng)中。 6、科學(xué)工作者要具備堅(jiān)持不懈、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度。 19 致謝 本設(shè)計(jì)在選題及研究過(guò)程中得到楊全麗老師的悉心指導(dǎo)。楊老師多次詢問(wèn)設(shè)計(jì)進(jìn)度，并為我指點(diǎn)迷津，幫助我開(kāi)拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)。楊老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神，不僅授我以文，而且教我做人。對(duì)楊老師的感激之情是無(wú)法用言語(yǔ)表達(dá)的。 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，使我得到了一次用專(zhuān)業(yè)知識(shí)、專(zhuān)業(yè)技能分析和解決問(wèn)題全面系統(tǒng)的鍛煉 ,使我在模擬電 子技術(shù)方面能向前邁了一大步，為日后成為合格的應(yīng)用型人才打下良好的基礎(chǔ)。我在指導(dǎo)老師楊老師的精心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下，獲得了豐富的理論知識(shí)，極大地提高了實(shí)踐能力