自动增益控制放大器

自动增益控制放大器

--设计文档

一、设计要求

设计一个根据输入信号及环境噪声幅度自动调节音量的自动增益控制音响放大器。

（1）放大器输入端从mp3或信号源输入音频（100Hz~10kHz）信号，输出端带600Ω负载或驱动8Ω喇叭（2~5W）。

（2）当输入信号幅度在10mV~5V间变化时，放大器输出默认值保持在2V±0.2V内，波动越小越好。

（3）能够显示输入信号幅度大小及频率高低。

（4）能够在1V~3V范围内步进式调节放大器输出幅度，步距0.2V。

（5）能够根据环境噪声调整自动调节放大器输出幅度。

二、系统框图

三、设计说明

1)系统说明

本系统以AD603为核心芯片，2片AD603级联，控制器采用32位的STM32作为主控芯片。因为AD603的输入电压不超过2V，所以先对输入信号进行5倍的衰减，然后送入AD603的输入端。同时，对输入信号进行幅值与频率的采样，将输入信号通过峰值检波电路得出幅值送入ADC采样，显示出幅值。因为信号含有负电压，所以利用加法器将输入信号提高，送入ADC采样得出频率，通过频谱显示出来。输出信号的采集也与输入信号相同。

AD603的增益与控制电压关系满足G(dB)=80Vg+20，同时它的输出电压最大不超过2V，我们设定AD603最大增益时输出1.5V，后级加一个固定放大倍数为2的功放，同时可实现功率的放大。通过上面的公式可求出稳定在2V或者1~3V内步进可调时的控制电压，进而求出增益。同时，我们加入闭环反馈系统，通过检测实际输出电压与预设值的比较，来自动调整增益，达到稳定输出电压的作用。

后级功率放大采用集成功放，同时可放大电压。运用集成运放电路简单同时带负载能力强。在AD603的前级与功放前级加入电压跟随器，一是用作输入缓冲，二是起到前后级隔离，减小干扰。

2）模块说明

分压电路

分压电路由一个4k与一个1k精密电阻构成，将输入信号衰减5倍，输入信号幅值变为2mV~1V，这样输入信号小于AD603的最大输入电压，可以将输入信号送入AD603。

检波电路

检波电路采用精密整流，运用TL062运放搭建，通过电容的充放电以及二极管反向截止的特点达到输出一直为峰值的目的。

加法器电路

因为输入信号有正有负，当处于负半轴时，ADC无法进行频率采样，所以将信号整体抬高，使得完全处于正半轴，从而可以测量。

自动增益电路

自动增益控制放大器采用AD603作为程控增益芯片，由2片AD603级联。总增益控制范围为84 .28dB ( 4 .2 1 4 x 2)。在级联应用中, 有两种增益控制连接方式, 即顺序控制方式和并联控制方式。我们采取并联控制方式。

两片AD603 级联的并联控制方式是将两级的正增益控制输入端（GPOS）以并联形式由一个正电压Vc驱动, 而两级的负增益控制输人端(GNEG) 以并联形式加一个稳定的电压, 即VG1=VG2, 于是两级的增益同步变化,并联控制方式在线性范围内的控制能力为80dB/v, 即在较小的控制电压下便可获得较高的增益, 其总增益是单片AD603的两倍。其增益计算公式

为G(dB)=80Vg+20。

功率放大

功率放大电路采用集成功放TDA2030，固定放大倍数为2。输出功率可驱动2-5W的扬声器与600Ω的轻负载

液晶显示

液晶显示采用TFT彩屏，显示输入输出信号幅值、频率与波形，以及频率的频谱。四、系统原理图

模拟电路部分

控制器部分

五、仿真图

分压电路

当输入信号为5V时，输出为1V，达到了前面所说的衰减5倍。同时加了电压跟随器，保持信号的稳定。

检波电路

加法器电路

自动增益电路

增益最大时，输入2mV，输出1.5V

由计算公式可知，当输入最小（2mV），输出最大（1.5V）时，控制电压约为2.47V，因multisim 无法对STM32仿真，于是模拟DAC输出电压为2.47V时，得到的波形，与理论值几乎一样。增益最小时，输入2mV，输出1.5V

由计算公式可知，当输入最大（1V），输出最小（0.5V）时，控制电压约为1.69V，得出的波形，误差大概在20mV左右，通过软件的反馈，可以进一步缩小误差。

功率放大电路

此时为AD603输出0.5V后的功率放大电路，此时电压也被同时放大两倍

此时为AD603输出1.5V后的功率放大电路，此时电压也被同时放大两倍系统仿真

当输入信号为5V时，输出稳定在2V，得出控制电压，加在AD603的控制端上，求得输出信号接近2V。由于测得理论电压得出的AD603输出信号总比预期信号小，只需在DAC输出控制电压时稍稍补偿即可。

当输入信号为10mV时，输出稳定在2V，得出控制电压，加在AD603的控制端上，求得输

出信号接近2V。由于测得理论电压得出的AD603输出信号总比预期信号小，只需在DAC输出控制电压时稍稍补偿即可。