自動增益電路實驗報告

1、電子測量與電子電路實踐實驗四 自動增益控制（AGC）電路的設(shè)計與實現(xiàn)實驗報告班級：姓名： 學(xué)號：班內(nèi)序號：一、 課題名稱：自動增益控制（AGC）電路的設(shè)計與實現(xiàn)二、 摘要自動增益控制(Automatic Gain Control, AGC)電路使放大電路的增益自動地隨信號強度而調(diào)整的自動控制方法，實現(xiàn)這種功能的電路簡稱AGC電路，該電路廣泛應(yīng)用于廣播電視、無線通信、傳感器處理電路等。本實驗采用了短路雙極晶體管直接進行小信號控制的方法，在輸入信號0.5mV50Vrms以及信號帶寬1005KHz范圍內(nèi)，使輸出信號限制在0.51.5Vrms，變化較小，簡單有效地實現(xiàn)了自動增益控制的功能。關(guān)鍵詞：自動

2、增益控制 直流耦合互補級 電子電路 短路晶體管三、設(shè)計任務(wù)要求：1、基本要求： 當音頻輸入信號在40dB的變化范圍內(nèi)，輸出信號的幅度變化不超過5dB。1) 設(shè)計指標以定條件為：輸入信號：0.550mVrms; 輸出信號：0.51.5Vrms; 信號帶寬：1005kHz; 2) 設(shè)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（PCB）。2、提高要求：1) 設(shè)計一種采用其他方式的AGC電路；2) 采用麥克風輸入作為，8喇叭輸出的完整音頻系統(tǒng)；3) 如何實際具有更寬輸入電壓范圍的AGC電路；4) 測試ACG電路中的總諧波失真（THD）及如何有效降

3、低THD。設(shè)計思路、總體結(jié)構(gòu)框圖1、設(shè)計思路1) 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，如下圖：2) 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(xiàn)AGC功能。如下圖，可變分壓器由一個固定電阻R1和一個可變電阻構(gòu)成，控制信號的交流振幅?？勺冸娮栌刹捎没鶚O集電極短路方式的雙極晶體管微分電阻實現(xiàn)，為改變Q1的電阻，可從一個有電壓源VREG和大阻值電阻R2組成的電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。I對于正電流I的所有可用值（一般都小于晶體管的最大額定射極電流IE，晶體管Q1的集電

4、極發(fā)射極飽和電壓小于它的基極發(fā)射極閾值電壓，于是晶體管工作在有效狀態(tài)。短路晶體管的VI（電壓電流）特性曲線非常類似于PN二極管，符合肖特基方程，即期間電壓的變化與直流電流變化的對數(shù)成正比。3) 從下圖可以看出，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(dǎo)直接與電流成正比。在工作狀態(tài)下，共射極連接的雙極型晶體管的電流放大系數(shù)一般在100或100以上，在相當大的電流范圍內(nèi)，微分電阻都正確地遵守這一規(guī)則。圖中所示的晶體管至少可以在五個十倍程范圍內(nèi)控制微分電阻，即控制幅度超過100dB。2、 總體構(gòu)架框圖四、 分塊電路和總體電路的設(shè)計（含電路圖）1、分塊電路：1) 驅(qū)動緩沖電路驅(qū)動緩沖

5、設(shè)計電路圖如上圖所示，當輸入信號VIN驅(qū)動緩沖極Q1時，它的非旁路射極電阻R3有四個作用： 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) 由于R3未旁路，使Q1電壓增益降低至：AQ1=R4/rbe+(1+)R3R4/ R3 如公式所示，未旁路的R3有助于Q1集電極電流電壓驅(qū)動的線性響應(yīng)。 Q1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。2) 直流耦合互補級聯(lián)放大電路圖中晶體管Q2

6、為NPN管，Q3為PNP管，將Q2的集電極與Q3的基極相連，構(gòu)成了直流耦合互補級放大電路，為AGC電路提供大部分電壓增益。R14是1k電阻，將發(fā)射極輸出跟隨器Q4與信號輸出隔離開來。必要時，R14可選用更低的電阻，但如果R14過低，則大電容的連接電纜會使Q4進入寄生震蕩。3) AGC反饋電路 電路圖如圖所示，電阻R4構(gòu)成可變衰減器的固定電阻，而Q6構(gòu)成衰減器的可變電阻部分。晶體管Q5為Q6提供集電極驅(qū)動電流，Q5的共射極結(jié)構(gòu)只需要很少的基極電流。 因為電阻R17與C6并聯(lián)，由于有二極管D1、D2單向?qū)ㄗ饔?，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

7、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(gòu)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(gòu)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(shù)產(chǎn)生極點，導(dǎo)致不穩(wěn)定。 反饋原理：反饋電路在Q4發(fā)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(lián)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(dǎo)致輸出減小，最終實現(xiàn)了輸出信號基本穩(wěn)定

8、。反之亦然，從而實現(xiàn)自動增益控制功能。2、總體電路當輸入信號為0.550mVrms（40dB動態(tài)范圍），信號帶寬為100Hz5KHz，使輸出信號在0.51.5Vrms（變化不超過5dB）內(nèi)。并且，正弦輸入信號從0.5至50mVrms的步長變化時的AGC開始時間約為0.3s，從50mVrms到0.5mVrms的AGC釋放時間約為100s。五、 實現(xiàn)功能說明1) 實現(xiàn)功能：自動增益控制,即根據(jù)輸入的強弱控制增益大小，保證輸出相對穩(wěn)定于一個較小的范圍。2) 實驗方法：（控制變量）先保持恒定的信號頻率，將輸入信號的有效值從0.5mV逐漸提高到50mV，用示波器記錄輸入輸出波形，用交流毫伏表測量輸入輸出

9、有效值。3) 部分工作點測量4、10、11、15分別為Q1、Q2、Q3、Q4輸出點電壓。 實測直流工作點：2.080V，8.320V，4.944V，4.942V4) 數(shù)據(jù)f/Hz Vi/mV200500100020003000400050005695V693V692V691V690V689V686V10719V725V720V719V715V716V714V20745V745V745V743V742V740V737V30754V759V760V759V757V755V751V40764V767V768V766V764V763V760V50773V778V778V777V775V772V767V

10、圖為輸入1kHz,輸入幅度為50mVrms時的示波器以及輸出電壓圖從示波器輸出以及數(shù)據(jù)表格均可看出，在要求的輸入以及帶寬范圍內(nèi)，輸出幅度均在要求范圍內(nèi)，并且變化較小，較好地實現(xiàn)了自動增益控制。七、故障及問題分析R15自己短路了在試驗中，我的輸出會隨著輸入的增大而變成方波。我剛開始以為是電路沒有搭對，所以就檢查了好幾遍電路，發(fā)現(xiàn)電路的連接并沒有問題。后來把自動增益部分斷開，發(fā)現(xiàn)雖然不能自動增益，但是不會變成方波。我于是開始對自動增益部分開始逐個原件進行測試，最終發(fā)現(xiàn)是R15短路了，使得輸出波形變成方波。 在以后的實驗中，要先測試好原件的穩(wěn)定性，然后再進行實驗，否則查找問題會特別麻煩。八、總結(jié)和結(jié)

11、論本次實驗進行的還算比較順利，在第三次做實驗的時候就已經(jīng)做出波形了。主要是老師在實驗前告訴我們?nèi)绾慰催@個電路圖，并且告訴我們因該如何實驗。在調(diào)試的時候我雖然因為R15短路而輸出方波，我在查找問題上畫了點時間。剛開始我采用分級調(diào)節(jié)，但是和仿真的結(jié)果不太一樣，于是我測了測直流工作點，直流工作點正確了我就開始下一級的測試。所以實際實驗和仿真還是有比較大的差別。經(jīng)過這次實驗，我體會到做電路實驗不僅要明白電路的原理，細心的連接電路，而且還要熟練的使用各種測量儀器，這樣才能又快又好的完成實驗任務(wù)。九、軟件仿真電路圖和波形圖1、Multisim仿真電路圖波形圖十、所用元器件及測試儀表清單1、 元器件清單元器

12、件標號參數(shù)個數(shù)電阻R12001電阻R21M1電阻R32K1電阻R430K1電阻R52K1電阻R6300K1電阻R7430K1電阻R816K1電阻R95601電阻R1016K1電阻R1127K1電阻R121001電阻R133901電阻R141K1電阻R151.1K1電阻R1656K1電阻R171.8M1電阻R183301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C733uF1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Q4NPN80501晶體管Q5NPN80501晶體管Q6NPN80501導(dǎo)線若干2、 測試儀器清單名稱型號編號作用函數(shù)信號發(fā)生器G