自动增益控制AGC放大器

自动增益控制放大器（AGC）设计摘要控制各本设计以程控增益调
整放大器AD603为核心，通过单片机MSP430：个模块组成：前级缓模块，实现电压增益连续可调，输出电压基本恒定。

系统由5冲模块，电压增益调整模块，峰值检测模块，后级输出缓冲模块，控制与显示模，将信号放大AD603块。

将输入信号经前级缓冲电路输入给程控增益调整放大器
采样，与理想输出信号输出，通过峰值检测电路检测输出信号，并送给单片机AD的增益控制电压，来调整放大数值进行比较，若有多偏差，则通过调整对AD603倍数，从而实现输出信号的稳定。

整个设计使用负反馈原理，实现了自动增益的控制。

关键字AD603 MSP430 峰值检测自动增益控制：一、方案设计与论证
1.1整体方案
方案一：采用纯硬件电路实现，由AD603和运放构成的电压比较器和减法电路实现。

把实际电压与理论电压的差值通过适当幅值和极性的处理，作为AD603的控制信号，从而实现放大倍数的自动调整，实现输出电压恒定。

优点：该方案理论简单，制作起来也相对容易，只有硬件电路。

缺点：理论低端，精度不够，没有创新，通用性不好。

方案二：采用AD603和单片机结合，通过单片机对输出信号AD采样并转化为数字量，与理论输出电压值进行比较，得到差值转换为控制电压，通过DA转化，对程控增益放大器AD603的放大倍数惊醒调整，从而实现输出电压的恒定。

优点：该方案控制精确，自动控制速度快，系统可移植性强，功能改变和增加容易，对后期改善和提升电路性能有益。

缺点：需要软硬件配合，系统稍复杂。

通过对两个方案的综合对比，我们选用方案二。

1.2控制模块
方案一：采用MCS-51。

Intel公司的MCS-51的发展已经有比较长的时间，以其典型的结构、完善的总线、SFR的集中管理模式、位操作系统和面向控制功能的丰富的指令系统，为单片机的发展奠定了良好的基础，应用比较广泛，各种技术都比较成熟。

优点是控制简单，二缺点也明显因为资源有限，功能实现有困难，而MCS-51．且需要大量外扩单元。

位的、具有精简指令集16 。

MSP430是一个方案二：采用TI公司的MSP430 的、超低功耗的混合型单片机，基于闪存的产品系列，具有最低工作功耗，在。

包含一个用于优化功耗的创新电25MIPS1.8V-3.6V 的工作电压范围内性能高达
源管理模块。

由于它具有极低的功耗、丰富的片内外设和方便灵活的开发手段。

的优点是资源丰富，操作语言灵活，但对编程的要求有所提高。

MSP430 MAP430所以综合考虑，我们采用作为我们的主控制器。

1.3电压增益调整模块脚
和7脚的连接方式不同而有三种：AD603由590MHz;
30dB,带宽为75脚和脚短接，增益为-10dB～方案一：电容接地，该方案增益为5.6pF,，5k电阻，再经5方案二：脚和7脚间接一个2 ；～40dB，带宽为30MHz0dB ，带宽为9MHz；10dB方案三：5脚接18pF电容到地，该方案增益为～50dB之间，再考虑带宽所以采用方案一，～30dB0dB综合考虑课题要求，增益在约1所示。

芯片连接图如下图
接线图1 AD603图峰值检测模块1.4所示，然方案一：一个二极管和电容器组成最简单的峰值检测器，电路如图21nF而仅一个二极管和电容器组成的峰值检测器可以工作，但并不是很理想，对于。

而且没有输入输出缓冲电路，10%100ms 的电容器，后达到稳定的峰值，误差达在实际应用中，电容器中的电荷会被其他部分电路负载消耗，造成峰值检测器无法保持信号峰值电压。

2二极管电容峰值检测电路图
所示。

先将信号整流成半波，然3方案二：分立二极管电容型。

其原理图如图后通过对电容的充电得到输入信号峰值。

将场效应管当二极管用，可以有效减小反向电流同时增加第一个运放的输出驱动力。

优点：该方案性能优良，检测相对准确。

缺点：制作稍复杂，带宽不够宽，并且随检测幅值不同，带宽也会有所改变。

综合对比上述方案，我们选用方案二。

二、理论分析及计算 2.1增益积计算100mV～1V,3V，而输入信号为
我们选定输出设计目标输出电压变化范围1～幅度为2V，即Av在2～20倍，根据程控增益调节放大器的连接方式可知，增益的计算公式为G=(40Vg+10)dB,带宽90MHz。

所以将AD采集得到的输出电压V out,与预置电压进行比较，调整Vg 大小，来改变增益，从而实现输出幅值稳定在某一个数值。

图3 分立二极管电容型峰值检测电路
2.2后级缓冲及稳幅
因为要用到单片机内部的AD采样功能，所以一定要保证单片机的安全，在通过峰值检测电路的检测之后，把检测到的峰值经过一个后级缓冲电路再接一个3V 稳压管之后送给单片机，既保证单片机端口的安全，同时把电路与单片机隔离。

2.3前级缓冲
因为AD603输入阻抗只有100Ω，考虑到信号源的输出阻抗是50Ω，所以在信号输入之前加了一个前级缓冲电路，以增加输入阻抗，提高电路对信号的索取
能力。

．
三、系统总体设计系统整体设计框图3.1 4所示。

系统整体框图如下
系统整体设计框图图4
3.2硬件原理图所示。

5系统硬件部分设计原理图如图
系统硬件原理图5图软件流程图3.3
所示，开发板系统初始化后，预置输出一个控制电压，6系统软件流程图如图转化，采样得到输出信号，然后与标准电压比较，修改增益控制电然后启动AD 压，稳定输出电压。

开始
系统初始化
是
6 软件流程图图
四、系统测试及数据分析测试仪器4.1YB1732A 3A
）直流稳压源：（1SIGLENT SDS1102CFL 100MHZ 2GSa/s 2）数字存储示波器：（UNI-T UT802
）数字万用表：（3 1Uhz~20MHZ
型F120）信号发生器：4（．
4.2测试方案及数据分析
测试方案：
(1)稳幅测试：输入频率10KHZ,峰值为100mV的正弦波信号。

测试输出信号，通过示波器读取输出信号峰值，然后改变输入信号峰值，测量输出信号的峰值变化，计算相对误差。

测试数据如表1所示。

稳定电压为1.62。

的正弦波信号，将信号频率从和1V(2)频率响应：输入峰值分别为为100mV10Hz 调整到输出信号不是真即500KHz为止，测试数据如表2表3所示。

对应的频率响应特性图像如图7和图8所示。

频率响应特性曲线图7 100mV
图频率响应特性曲线8 1V
测试数据分析：可以通过表2和表3看出，当输入信号为100mV时，在频率很低10Hz时，频率响应很差，从50Hz直到100KHz时，信号输出幅值都很稳定。

当输入幅值为1V时，10Hz响应依然不好，直到50Hz直到30KHz，输出很稳定，在30Hz到100Hz时，输出幅值略有增加，但依然可以稳定。

（3）增益控制特性曲线输入信号为10KHz,峰值为500mV时，改变Vc的值，测量相对应的放大倍数。

频率响应3 1V表．
增益特性控制特性曲线图9
和Av测试数据分析：通过用软件画增益控制特性曲线，可以看出，放大倍数Vc
增益控制电压为指数关系，随着Vc的增加Av以指数形式增加。

误差分析4.3
误差可由多种因素导致：由峰值检测电路产生，由于峰值检测电路在不同频率，不同幅值输入信号时，采集到的峰值就会存在误差。

造成输出信号与预置输出电压存测量存在误差，AD 在误差。

由稳压管产生误差，为保证单片机端口安全，在信号输入前，我们加了一个测量也会产生一定影响。

稳压管，它会对3V AD 端口，基准电压为电阻分电源电压得2AD603电压控制端电压源不稳定，由于会有一定的波动，这个微到，而电源电压存在一定的波动，导致增益控制电压Vc 小的波动对信号增益造成误差。

这款芯片的通频带只有TL072我们采用的是普通
集成运放芯片，受器件影响，左右，也会影响系统的频率响应。

3MHz五、设计总结．
系统能够满足题目基本要求：
（1）输出信号可以在输入信号改变时，而不改变稳定输出。

（2）测得100mV输入信号可以稳定输出幅值不变的截止频率为50KHz。

（3）测得1V输入信号可以稳定输出幅值不变的截止频率为40KHz。

（4）测得的增益控制电压Vc和放大倍数Av绘制的增益控制特性曲线可以得出，Av和Vc成指数关系，跟AD603数据手册给出的计算增益的公式基本吻合。

本设计基本完成了题目要求，实现了的增益自动控制，由于受到器件和部分电路本分影响，频率响应略低，可以使用高速更优性能的芯片，提高峰值检测的精度，或在软件部分给予补偿误差。

六、参考文献
[1] 康华光.电子技术基础模拟部分[R].北京：高等教育出版社，2006.1
[2] 康华光.电子技术基础模拟部分[R].北京：高等教育出版社，2006.1
[3] 李先允，姜宁秋.电力电子技术[R].北京：中国电力出版社，2006。