AGC自动增益控制电路的设计实验报告

实验报告

自动增益控制电路的设计

XXXXXX学院

班级：XX班

姓名：XXX

学号：XXXXX

班内序号：XX

一、课题名称

自动增益控制电路的设计与实现

二、实验内容

设计和实现一种自动增益控制(AGC)电路,当音频输入信号在40dB 的变化范围内，输出信号的幅度变化不超过5dB。

三、项目背景

自动增益控制(Automatic Gain Control, AGC)电路使放大电路的增益自动地随信号强度而调整的自动控制方法，实现这种功能的电路简称AGC 电路，该电路广泛应用于广播电视、无线通信、光纤通信、传感器处理电路等。

四、实验目的

1、了解AGC 电路的原理及其应用。

2、掌握AGC 电路的一种设计及实现方法。

3、提高独立设计电路和验证实验的能力。

五、实验要求

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）设计一种采用其它方式的AGC电路；

2）采用麦克风作为输入，8Ω喇叭输出的完整音频系统。

3）如何设计具有更宽输入电压范围的AGC电路；

4）测试AGC电路中的总谐波失真（THD）及如何有效降低THD。

3.提交电子版的材料

1）采用PROTEL软件绘制的的电路原理图（SCH）及印制电路板图（PCB）；

2）采用PSPICE软件进行仿真的波形。

4.各级仿真波形输出

六、设计思路

1、电路结构框图

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，频谱结构和动态范围大体相似，而最大波幅却相差很多。此时，可以使用带自动增益控制的自适应前置放大器，使其增益应能随信号强弱而自动调整，以保持输出相对稳定。

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，如图1所示：

图1 反馈式AGC

本实验电路使用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（如图2）。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。

图2 由短路三极管构成的衰减器电路

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3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。

图3 短路晶体管相应的微分电阻图V-I特性曲线

2、驱动缓冲电路

（1）输入缓冲极，其设计电路图如图4所示；

输入信号VIN驱动缓冲极Q1，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。

R D1≈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R dBASE=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。

图4 输入缓冲级电路

3、直流耦合互补级联放大电路

直流耦合互补级联放大部分，电路图如图5所示；

该部分利用直流耦合将Q2与Q3进行级联，构成互补放大器，在电路中对信号起到大部分的放大作用。

图5 直流耦合互补级联放大电路

4、AGC反馈电路

AGC反馈电路如图6，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。电阻R17决定了AGC的释放时间。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。电阻R15决定了AGC的开始时间。当输入信号变大时，输出跟着增大，Q6的微分电阻就会跟这变小，输入进入放大级的信号就会变小，是输出减小；反之输入变小时，输出自动变大。从而实现自动增益控制功能。

图6 AGC反馈电路

完整的AGC电路图如图7所示，有效的AGC范围为0.5~50mv输入电压，在这个输入范围内，输出信号电压范围0.5~1.5V, 信号带宽0.1~5kHz.