自动增益控制（AGC）电路的设计与实现实验报告姓名：刃亠可八班内序号：学号：一、课题名称自动增益控制（AGC）电路的设计与实现二、实验摘要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范围内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行小信号控制的方法，简单有效地实现 AGC 功能。 关键词自动增益 电压跟随器 反馈三、设计任务要求1、基本要求：设计实现一个AGC电路，设计指标以及给定条件为： 输入信号0.5 50mVrms；输出信号：0.51.5Vrms；信号带宽：1005KHz；设计该电路 的电源电路（不要求实际搭建），用PROTEL软件绘制完整的电路原理图（SCH ） 及印制电路板图（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，8 Q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范围的AGC电路；2）测试AGC电路中的总谐波失真（THD）及如何有效的降低THD。四、设计思路、总体结构框图AGC 电路的实现有反馈控制、前馈控制和混合控制等三种，典型的反馈控制 AGC由可变增益放大器（VGA）以及检波整流控制组成，本实验中电路采用了短 路双极晶体管直接进行小信号控制的方法，从而简单而有效的实现AGC功能。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.o对于输入Q1集电极的正电流的所有可用值，Q1的集电极一发射极饱和电 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，其 VI 特性曲 线如图2 所示。可以看出，短路晶体管的微分电阻与流过的直流电流成反比，即 器件的微分电导直接与电流成正比。在工作状态下，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，在相当大的电流范围内，微分电阻都正 确地遵守这一规则。图中所示的晶体管至少可以在五个十倍程范围内控制微分电 阻，即控制幅度超过 100dB。输入缓冲级放大级前端放大级提供大部分增益输出信号信号范围0.5-50mVrms反馈网络信号范围0.5-1.5 Vrms五、分块电路和总体电路的设计（含电路图）1. 分块电路1）驱动缓冲级其设计电路图如图4所示，当输入信号VIN驱动缓冲极Q时，组成基极集 电极输出的共射电路，它的非旁路射极电阻R3有四个作用： 它将 Q1 的微分输出电阻提高到接近公式（ 1）所示的值。该电路中 的微分输出电阻增加很多，使R的阻值几乎可以唯一地确定这个输出电4阻。R r +（1+Br /r ）（R/r ）（1）D1 be ce be 3 be 由于 R3 未旁路，使 Q1 电压增益降低至：AQ1 = BR/r +（1+B）RR/ R （2）Q1 4 be 3 4 3 如公式（2）所示，未旁路的R有助于Q1集电极电流一电压驱动的线性 响应。 Q的基极微分输入电阻升至Rqbase 兀+（1+讥 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。实验测试得晶体管 Q1 放大倍数很小，起到稳定输入的缓冲作用。驱动缓冲级电路2）直流耦合互补级联放大部分图中晶体管Q2为NPN管，Q3为PNP管，将Q2的集电极与Q3的基极相连，两 个管子实现共射共射放大，利用直流耦合构成互补放大器，为电路提供大部分 电压增益。3）输出级电路Q3集电极与Q4的基极相连，电流信号从Q4发射极流出，为共集电路，利 用了共集射极跟随器的特点，。另外,R14将发射极输出跟随器Q4与信号 输出端隔离开来。4）自动增益控制部分电路（AGC）电路图如图所示，其中R4构成可变衰减器的固定电阻，类似于图2中的电 阻R1,而Q6构成衰减器的可变电阻部分，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，而射极电流流入Q6集电极，由于可变电阻 的阻值与其流过的电流成反比，可改变电阻值。因为电阻R17与C6并联，由于有二极管DI、D2单向导通作用，C6只能通 过R17放电，故R17决定了 AGC的释放时间。在实际中，R17阻值可以选得大一 的，延长AGC释放时间，方便观察。电阻R19用于限制通过Q5和Q6的最大直流控制电流。D1和D2构成一个倍压整流器，从输出级Q4提取信号的一部分，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的开始时间。若与C6组合的R15过小，则使反馈传输 函数产生极点，导致不稳定。反馈原理：反馈电路在Q4发射极进行电压取样，另一端接C3后面，在输入 中电路进行电流相加，由瞬时极性法可判断该反馈类型为电压并联负反馈。即当 输入信号增大时，输出电流也增大，Q6的微分电阻就会跟这变小，由于负反馈的 作用，输入信号就会变小，导致输出减小，最终实现了输出信号基本稳定。反之 亦然，从而实现自动增益控制功能。2.总体电路用 Protel 仿真的 SCH 原理图：六、所实现功能说明已完成功能： 自动增益调节：按照所设计的实验电路图在面包板上连接电路，并检查确认无错误。 调节函数发生器产生幅度及频率处于实验要求范围内的正弦波并接入电路交流 输入端，并接入示波器 CH1 端检测输入。将电路输出接示波器 CH2 端检测并显 示输出。各端接地并接入直流稳压信号，观察实验输出。 发现所设计的电路可 以实现频率100HZ5KHZ，幅度20mV50mV的正弦信号输入时的信号放大自动 增益调节。示波器上显示的输出信号变化规律为先失真后恢复，断电后失真之后 逐步变为 0。电路测试测试方法：输入端接输入信号，电压有效值0.550mV,频率在100Hz5KHz, 为得到不同频率不同电压下的增益数据，采取单变量法测试，即保持一个变量不 变，改变另一变量，使其在规定范围内按一定的步长变化，用示波器观察输入输 出信号，使用交流毫伏表测量输入输出的信号电压的有效值，计算增益。具体测试过程如下：保持输入电压有效值025mV,改变信号频率从1KHz变化到5KHz (为取得更 多的数据，可以每次增大1KHz,多测数据；为测试电路的带宽，可以改变频率到更低和更高 的值，使输出信号电压衰减到3dB处，测出上限截止频率)，测量记录如上表格 所示；(2) 由测出的数据可以计算出增益，同时可见，输入电压在规定的范围内大幅波 动时，输出电压在规定的范围内以很小幅度波动，即可认为输入在规定范围内变化时，输出 不变，实现了自动增益控制的功能；(3) 为了解反馈网络在自动增益控制电路中的作用，可以在反馈输出端接示波器 通道来观察测量反馈输出信号，亦可把反馈引回的线去掉，用示波器观察测量没有反馈时的 输出信号，记录测量的数据，分析可以看出反馈网络在该电路中举足轻重的地位， 这也是该电路称为反馈式AGC的原因；经过以上步骤，自动增益控制电路的测试基本完成，所得部分数据如下表：mVrmsf/Hz100020003000400050005700736739736734107207637617587561573777777577276920744787785782779257527967947917953076080380179880135766810807805807407728168138108124577881981981581750782822821820822七、故障及问题分析1. 实验电路一直没有输出，重复对照电路图检查电路发现有一个二极管接反2. 开启直流电源的时候出现短路，经检查有导线与电阻短接。3. 波型不稳定，易出现时能出波形时而不能出的情况。八、总结和结论1.由于电路图较复杂，元器件较多，搭电路时需要非常仔细才能避免错误，并且 由于导线较多需要避免短接的现象发生。2.教材上给出的该电路中的电阻阻值大小仅供参考，在实验过程中参考值大小因 为元件限制和实际调试发现的问题而有所改动。总结 通过本次实验，对AGC电路有了学习与了解。在设计、搭建电路的过程中，进一 步注意了例如元器件搭建中的问题等，巩固了上学期知识，对所学知识又有了新 的理解与认识。通过了一段长时间的实验，复习了电子测量和电子电路实验中使 用的一些基本元件和一些基本的测量方法，例如面包板、示波器、万用表、晶体 管毫伏表、函数信号发生器的使用方法，还有常用元器件如电阻、电容、电感的 标称值读数，以及电阻，电容，二级管，三极管好坏的检测。九、multsim仿真原理图、波形图L+C7ReFd十I ri4l 4B十、PROTEL绘制的原理图1、用PROTEL生成的PCB板Date:2010-5-19V稳压电路PCB板十一.所用元器件及测试仪表清单1、元器件清单兀器件标号参数个数电阻R1220 Q1电阻R21MQ1电阻R32.2KQ1电阻R427KQ1电阻R52.2KQ1电阻R6270KQ1电阻R7390KQ1电阻R815KQ1电阻R9560 Q1电阻R1015KQ1电阻R1127KQ1电阻R12100 Q1电阻R13390 Q1电阻R141KQ1电阻R151.5KQ1电阻R1656KQ1电阻R171.8MQ1电阻R18330 Q1电阻电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容二极管二极管晶体管晶体管晶体管晶体管晶体管晶体管导线C1C2C3C4C5C6C73.3uF100uF22OOuFO.22uF220uF1OOuF3.3uF