自动增益控制电路的设计实现分析

自动增益控制电路的设计与实现

实验报告

邮电大学

信息与通信工程学院

一：课题名称

自动增益控制电路的设计与实现

二：摘要及关键词

1、摘要：

在处理输入的模拟信号时，经常会遇到通信信道或传感器衰减强度大幅变化的情况；另外，在其他应用中，如监控系统中的多个相同传感器返回的信号中，频谱结构和动态围大体相似，而最大波幅却相差甚多的现象。很多时候系统会遇到不可预知的信号，导致因为非重复性事件而丢失数据。此时，可以使用带AGC（自动增益控制）的自适应前置放大器，使增益能随信号强弱而自动调整，以保持输出相对稳定。

本实验在介绍了AGC电路的基础上，采用了一种相对简单而有效实现预通道AGC的方法，电路中使用了一个短路双极晶体管直接进行小信号控制的方法。

2、关键词：

驱动缓冲可变衰减自动增益控制电压跟随器反馈

三：设计任务要求

1、基本要求：

1）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；

2）设计该电路的电源电路（不要际搭建），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：设计思路及总体结构框架

1、设计思路

①该实验电路中使用了一个短路双极晶体管直接进行小信号控制

的方法，从而相对简单而有效实现预通道AGC的功能。如下图，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.

Input Output

反馈式AGC

由短路三极管构成的衰减器电路

②对正电流的I所有可用值（一般都小于晶体管的最大额定设计电流），晶体管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。短路晶体管的V-I特性曲线非常类似与PN二极管，符合肖特基方程，除了稍高的直流电压值外，即器件电压的变化与直流电流变化的对数成正比。

③输入信号VIN驱动输入缓冲极Q1，中间互补级联放大电路Q2、Q3提供大部分电压增益，通过负反馈网络回到放大级的输入端。R4构成可变衰减器的固定电阻，Q6构成衰减器的可变电阻部分，D1、D2构成一个倍压整流器。它从输出级Q4提取信号的一部分并为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），电阻R17决定AGC的释放时间。R14

是1KΩ电阻，将发射极输出跟随器Q4与信号输出端隔离开。

2、总体结构框图

五：分块电路和总体电路的设计

1、9V稳压源电路

2、信号缓冲输入级电路

3、直流耦合互补级联电路（提供大部分增益）：

330

R18100

R12390

R131K

R141000uF

C910uF

C812Output

JP2Q4

1

2

Header 2

JP39V

六、所实现功能说明

1、基本功能：

输入的信号围在0.5～50mVrms时，经过输入缓冲级，直流耦合互补级联放大信号（提供大部分增益），经过射极跟随器，接输出端同

时引反馈回去到放大级前端，反馈由具有倍压整流作用的D1、D2和可

变衰减器，对不同的输入信号，反馈信号大小不一样，使经输入缓冲级

放大电路放大的信号与反馈信号叠加，叠加后的信号幅度在很小的围波

动，再经过放大，使输出电压0.5～1.5Vrms，信号带宽满足覆盖100Hz～

5KHz的要求，实现了自动增益控制。

2、直流电源：Vcc=9V

3、主要测试数据：

4、测量方法：

（1）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，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；

（2）具体测试过程如下：

保持输入电压有效值0.5mV，改变信号频率从100Hz变化到5KHz（为取得更多的数据，可以每次增大500Hz，多测数据），测

量记录如上表格所示；

（3）由测出的数据可以计算出增益，同时可见，再输入电压在规定的围大幅波动时，输出电压在规定的围以很小幅度波动，即可认为输

入在规定围变化时，输出不变，实现了自动增益控制的功能；

（4）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。

（5）用示波器观察输入缓冲级（该实验中注释为Q1）的集电极输出波形，记录测量数据；把反馈去掉，同样观察测量Q1集电极的

波形，对比可见，有反馈的时候Q1的集电极输出信号幅值基本

为2mV，而无反馈的时候，Q1的集电极输出信号幅值为伏级上

的，比有反馈的时候大的多，可见自动衰减的负反馈信号与经缓

冲级放大的信号叠加，使信号维持在一个比较稳定的值。

（6）测量倍压整流电路（D1、D2构成）的输出信号波形，增进对倍压整流器的工作原理的理解。

七、故障及问题分析

做PCB板时，由于刚开始对于软件不熟悉，所以走了不少弯路。首先，