自动增益控制电路实验报告

自动增益控制（AGC）电路的设计与实现实验报告姓名：________________________________________班级：_______________________________班内序号：______________________________学号：________________________________2一、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：0.5～1.5Vrms；信号带宽：100～5KHz；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，8Ω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.。3对于输入Q1集电极的正电流的所有可用值，Q1的集电极－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。信号范围0.5-50mVrms信号范围0.5-1.5Vrms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Q1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：①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R4的阻值几乎可以唯一地确定这个输出电阻。RD1≈rbe+(1+βrce/rbe)(R3//rbe)（1）②由于R3未旁路，使Q1电压增益降低至：AQ1=－βR4/〔rbe+(1+β)R3〕≈－R4/R3(2)③如公式（2）所示，未旁路的R3有助于Q1集电极电流－电压驱动的线性响应。④Q1的基极微分输入电阻升至RdBASE=rbe+(1+β)R3，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。输入信号输入缓冲级放大级前端放大级提供大部分增益输出信号反馈网络4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。直流耦合互补级电路XFG1C2100µFR1220ΩR21MΩR32.2kΩR427kΩQ12N5551VCC9VR52.2kΩC113.3µFC32.2mFC4220nFC5220nFC101mFR6270kΩR7390kΩR815kΩR52.2kΩR9560kΩR1015kΩR1130kΩR18330ΩQ52N5551Q62N390653）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。输出级电路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D1、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。C810µFC91mFR1130kΩR12100ΩR13390ΩR141kΩR18330ΩQ42N5551Q62N3906XSC1ABExtTrig++__+_VCC9V6图7自动增益控制电路2.总体电路用Protel仿真的SCH原理图：C6100µFC73.3µFR151.5kΩR1656kΩR171.8MΩR193.3kΩQ22N5551Q32N5551D11N4148D21N4148VCC9V7六、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100HZ~5KHZ，幅度20mV~50mV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0.5～50mV，频率在100Hz～5KHz，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：(1)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：mVrms\f/Hz1000200030004000500057007367397367341072076376175875615737777775772769207447877857827792575279679479179530760803801798801357668108078058074077281681381081245778819819815817850782822821820822七、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9十、PROTEL绘制的原理图101、用PROTEL生成的PCB板PCB板3、9V稳压源电路原理图：9V稳压电路4、9V稳压源生成PCB板112233445566DDCCBBAATitleNumberRevisionSizeBDate:2010-5-11SheetofFile:E:\Assignments\Sheet3.SchDocDrawnBy:12Header2JP1Fuse1F1TransCTT1Bridge1D2100pFC3100pFC8100pFC7100pFC1100pFC5100pFC6100pFC4100pFC2IN14OUT3GNDL7815ABD2TU1IN14OUT3GNDL7815ABD2TU2DiodeD1DiodeD3VCCVCC119V稳压电路PCB板十一.所用元器件及测试仪表清单1、元器件清单元器件标号参数个数电阻R1220Ω1电阻R21MΩ1电阻R32.2KΩ1电阻R427KΩ1电阻R52.2KΩ1电阻R6270KΩ1电阻R7390KΩ1电阻R815KΩ1电阻R9560Ω1电阻R1015KΩ1电阻R1127KΩ1电阻R12100Ω1电阻R13390Ω1电阻R141KΩ1电阻R151.5KΩ1电阻R1656KΩ1电阻R171.8MΩ1电阻R18330Ω112电阻R193.3KΩ1电容C13.3uF1电容C2100uF1电容C32200uF1电容C40.22uF1电容C5220uF1电容C6100uF1电容C73.3uF1电容C810uF1电容C91000uF1电容C101000uF1二极管D11N41481二极管D21N41491晶体管Q1NPN80501晶体管Q2NPN80501晶体管Q3PNP85501晶体管Q4NPN80501晶体管Q5NPN80501晶体管Q6NPN80501导线若干2.测试仪器清单名称型号编号作用函数信号发生器GFG-8219A20020915产生交流信号示波器SS-7804DLZX0022显示输入输出波形交流毫伏表YB2173F20104837测量交流有效值直流电压表HT-1712A510-26提供直流电压万用表UT61A11测量直流电压、电阻值十二、参考文献[1]《电子测量与电子电路实践》任维政高英高慧平陈凌霄科学出版社[2]《电子电路基础》刘宝玲主编高等教育出版社