自动增益控制电路的设计与实现.

电子电路综合设计实验

7.5自动增益控制电路的设计

实验报告

学院：信息与通信工程学院

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1．课题名称：自动增益控制电路的设计

2．摘要

在处理输入模拟信号时，经常会遇到通信信道或传感器衰减强度大幅变化的情况。针对此问题，可以采用自动增益控制（AGC）的自适应前置放大器，使增益能够随信号强弱而自动调整，以保持输出相对稳定。AGC电路实现有反馈控制、前馈控制和混合控制三种，本实验采用了短路双极晶体管直接进行小信号控制的方法，控制输入信号在0.5mV~50Vrms范围（40dB范围内），使输出信号在0.5~1.5Vrms，即输出电压变化不超过5dB，信号带宽100~5KHz，从而简单有效地实现了AGC的功能。

关键词：自动增益控制、直流耦合互补级

3．设计任务要求

1.基本要求：

设计一个AGC电路，要求设计指标以及给定条件如下：

（1）电源电压：9V

(2输入信号电压：0.5～50mVrms；

（3）输出信号：0.5～1.5Vrms；

（4）信号带宽：100～5KHz。

（5）设计该电路的电源电路（不要求实际搭建）

2.提高要求：

设计一种采用其他方式的AGC电路。

四．设计思路、总体结构框图

1.设计思路

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，如图1。

图1-反馈式AGC

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。可变电阻由采用基极—集电极短路方式的双极晶体管微分电阻实现，为改变Q1的电阻，可从一个有电压源V2和大阻值电阻R2组成的电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。

2.电路结构框图

自动增益控制电路主要由驱动缓冲电路、级联放大电路、输出跟随电路和增益反馈电路4个部分组成，如图3.

驱动缓冲电路级联放大电路输出跟随电路

增益反馈电路

图 3

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V IN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：

A Q1=－βR4/〔rbe+(1+βR3〕≈－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。

4 Q1的基极微分输入电阻升至RdBASE=rbe+(1+βR3，与只有r be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。

图 4 驱动缓冲级电路

2）直流耦合互补级联放大部分

电路图如图5所示；

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。

图 5 直流耦合互补级联放大电路

3）自动增益控制部分电路（AGC）

电路图如图6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。

图 6 自动增益控制电路

2.总体电路

总体电路图如下：

当输入信号为0.5～50mVrms（40dB动态范围），信号带宽为100Hz～5KHz，使输出信号在0.5～1.5Vrms（变化不超过5dB）内。并且，正弦输入信号从0.5至50mVrms的步长变化时的AGC开始时间约为0.3s，从50mVrms到0.5mVrms的AGC 释放时间约为100s。

图 7 总体电路图

六．实现功能说明

1）自动增益控制功能的实现

实验方法：先保持恒定的信号频率，将输入信号的有效值从0.5mV逐渐提高到50mV，用示波器记录输入输出波形，用交流毫伏表测量输入输出有效值。

再改变信号频率，使信号频率在100HZ至5000HZ之间变化。