自動增益控制電路試驗報告

1、自動增益限制AGC電路的設(shè)計與實現(xiàn)實驗報告姓名：班級：班內(nèi)序號：學號：一、課題名稱自動增益限制AGC電路的設(shè)計與實現(xiàn)二、實驗摘要自動增益限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(wěn)定不變或限制在一個很小范圍內(nèi)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限制的方法,簡單有效地實現(xiàn)AGg能.關(guān)鍵詞自動增益電壓跟隨器反應三、設(shè)計任務要求1、根本要求：設(shè)計實現(xiàn)一個AGC電路,設(shè)計指標以及給定條件為：輸入信號0.550mVrms；輸出信號：0.51.5Vrms；信號帶寬：1005KHz;設(shè)計該電路的電源電路不要求實際搭建,用PROTE歌件繪制完整的電路原理

2、圖SCH及印制電路板圖PCB.2、提升要求：1設(shè)計一種采用其他方式的AGC電路；2采用麥克風作為輸入,8Q喇叭作為輸出的完整音頻系統(tǒng).3、探究要求：1如何設(shè)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THDL四、設(shè)計思路、總體結(jié)構(gòu)框圖AGC電路的實現(xiàn)有反應限制、 前饋限制和混合限制等三種,典型的反應限制AGC由可變增益放大器VGA以及檢波整流限制組成,本實驗中電路采用了短路雙極晶體管直接進行小信號限制的方法,從而簡單而有效的實現(xiàn)AGC功能.DetectorDetector可變分壓器由一個固定電阻R1和一個可變電阻構(gòu)成,限制信號的交流振幅.可變電阻采用

3、基極-集電極短路方式的雙極性晶體管微分電阻實現(xiàn)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.為預防R2影響電路的交流電壓傳輸特性.R2的阻值必須遠大于R1.oInputInputOutputOutput對于/&入Q1集電極的正電流的所有可用值,Q1的集電極一發(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),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(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

4、正確地遵守這一規(guī)那么.圖中所示的晶體管至少可以在五個十倍程范圍內(nèi)限制微分電阻,即限制幅度超過100dB.五、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)動緩沖級其設(shè)計電路圖如圖4所示,當/入信號VIN驅(qū)動緩沖極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：它將Q1的微分輸出電阻提升到接近公式(1)所示的值.該電路中的微分輸出電阻增加很多,使R的阻值幾乎可以唯一地確定這個輸出電阻.R)1=rbe+(1+Brce/rbe)(R3/rbe)(1)由于R3未旁路,使Q1電壓增益降低至：AQ1=BR/rbe+(1+B)R3R/R3(2)如公式(2)所示,未旁路的R3

5、有助于Q1集電極電流一電壓驅(qū)動的線性響應.Q1的基極微分輸入電阻升至RdBASE=rbe+(1+3)R3,與只有be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放大倍數(shù)很小,起到穩(wěn)定輸入的緩沖作用輸入信號信號范圍0.5-50mVrms輸入緩沖級輸出信號信號范圍0.5-1.5Vrms反應網(wǎng)絡(luò)放大級提供大局部增益2N5551R32.2kQ驅(qū)動緩沖級電路2直流耦合互補級聯(lián)放大局部圖中晶體管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(xiàn)共射一共射放大,利用直流耦合構(gòu)成互補放大器,為電路提供大局部電壓增益.VCC9VR5-vw-2.2kQC11

6、.3.3gFQ1R1-WV220R5-WV2.2kQo onFnFC11C11u uR6-R8270kQ15kQTQ5C3-dl12.2mFC4TF220nFR18Wir-Wir-Q6330Q2N3906R11*30kQXFG1R22N5551直流耦合互補級電路3輸出級電路Q3集電極與Q4的基極相連,電流信號從Q4發(fā)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(fā)射極輸出跟隨器Q4與信號輸出端隔離開來.VCC輸出級電路4自動增益限制局部電路AGC電路圖如下圖,其中R4構(gòu)成可變衰減器的固定電阻,類似于圖2中的電阻R1,而Q6構(gòu)成衰減器的可變電阻局部,Q5為Q6提供集電極驅(qū)動電

7、流,Q5的共射極結(jié)構(gòu)只需要很少的基極電流,而射極電流流入Q6集電極,由于可變電阻的阻值與其流過的電流成反比,可改變電阻值.由于電阻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勺釋放時間.在實際中,R17阻值可以選得大一的,延長AGO放時間,方便觀察.電阻R19用于限制通過Q5和Q6的最大直流限制電流.D1和D2構(gòu)成一個倍壓整流器,從輸出級Q4提取信號的一局部,為Q5生成限制電壓.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勺開始時間.假設(shè)與C6組合的R15過小,那么使反應傳輸函數(shù)產(chǎn)生極點,導致不穩(wěn)定.反應原理：

8、 反應電路在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應類型為電壓并聯(lián)負反應.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,由于負反應的作用,輸入信號就會變小,導致輸出減小,最終實現(xiàn)了輸出信號根本穩(wěn)定.反之亦然,從而實現(xiàn)自動增益限制功能.1mQ4一9VFC92N555R14-VW-r1kQR12100QC8-dlr10RF圖7自動增益限制電路2 .總體電路用Protel仿真的SCH理圖:D114R17N41481.8MQD21N4148獷QR1656kQ六、所實現(xiàn)功能說明已完成功能：自動增益調(diào)節(jié)：根據(jù)所設(shè)計的實驗電路圖在面包板上

9、連接電路,并檢查確認無錯誤.調(diào)節(jié)函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生幅度及頻率處于實驗要求范圍內(nèi)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(wěn)壓信號,觀察實驗輸出.發(fā)現(xiàn)所設(shè)計的電路可以實現(xiàn)頻率100Hz5KHZ幅度20mV50mV的正弦信號輸入時的信號放大自動增益調(diào)節(jié).示波器上顯示的輸出信號變化規(guī)律為先失真后恢復,斷電后失真之后逐步變?yōu)?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100Hz5KH乙為得到不同頻率不同電壓下的增益數(shù)據(jù),采取單變量法測試,即保持一個變量不變,改變另一變量,使其在規(guī)定范圍內(nèi)按一定的步長變

10、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(shù)據(jù),可以每次增大IKHz,多測數(shù)據(jù)；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；由測出的數(shù)據(jù)可以計算出增益,同時可見,輸入電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)大幅波動時,輸出電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)以很小幅度波動,即可認為輸入在規(guī)定范圍內(nèi)變化時,輸出不變,實現(xiàn)了自動增益限制的功能；為了解反應網(wǎng)絡(luò)在自動增益限制電路中的作用,可以在反應輸出端接示波器通道來觀

11、察測量反應輸出信號,亦可把反應引回的線去掉,用示波器觀察測量沒有反應時的輸出信號,記錄測量的數(shù)據(jù),分析可以看出反應網(wǎng)絡(luò)在該電路中舉足輕重的地位,這也是該電路稱為反應式AGC的原因；經(jīng)過以上步驟,自動增益限制電路的測試根本完成,所得局部數(shù)據(jù)如下表:mVrmsf/Hz100020003000400050005700736739736734107207637617587561573777777577276920744787785782779257527967947917953076080380179880135766810807805807407728168138108124577881981981

12、581750782822821820822七、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(fā)現(xiàn)有一個二極管接反2.開啟直流電源的時候出現(xiàn)短路,經(jīng)檢查有導線與電阻短接.3.波型不穩(wěn)定,易出現(xiàn)時能出波形時而不能出的情況.八、總結(jié)和結(jié)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預防錯誤,并且由于導線較多需要預防短接的現(xiàn)象發(fā)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(diào)試發(fā)現(xiàn)的問題而有所改動.總結(jié)通過本次實驗,對AGC電路有了學習與了解.在設(shè)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,穩(wěn)固了上學期知識,

13、對所學知識又有了新的理解與熟悉.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根本元件和一些根本的測量方法,例如面包板、示波器、萬用表、晶體管毫伏表、函數(shù)信號發(fā)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(shù),以及電阻,電容,二級管,三極管好壞的檢測.九、multsim仿真原理圖、波形圖十、PROTEL會制的原理圖27k27k口ZHD4ZHD4C4C4*-d(-,M,MmFmF6 63.3JF0 0TJTJ270nJ270nJ1Uur1Uur1、用 PROTE 生成的 PC 琳3、 9V 穩(wěn)壓源電路原理圖:4、9V 穩(wěn)壓源生成 PCBfe10TitleSizeBN

14、umbeDate:2021-5-PCB板C1)0pFC7100pFD3Diode9V穩(wěn)壓電路3-C3-J-C4-100pF100pF-11卜C5J-C6100pFI100pFVVCCIVCC219V穩(wěn)壓電路PCB板卜一.所用元器件及測試儀表清單1、元器件清單元器件參數(shù)個數(shù)電阻R1220Q1電阻R21MQ1電阻R32.2KQ1電阻R427KQ1電阻R52.2KQ1電阻R6270KQ1電阻R7390KQ1電阻R815KQ1電阻R9560Q1電阻R1015KQ1電阻R1127KQ1電阻R12100Q1電阻R13390Q1電阻R141KQ1電阻R151.5KQ1電阻R1656KQ1電阻R171.8MQ1電阻R18330Q1電阻R193.3KQ1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Q4NPN80501晶