电子电路综合设计实验报告

电子电路综合设计实验报告

实验5 自动增益控制电路的设计与实现

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一. 实验名称：

自动增益控制电路的设计与实现

二.实验摘要：

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，也经常有多个信号频谱结构和动态范围大体相似，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。

自动增益控制电路的功能是在输入信号幅度变化较大时，能使输出信号幅度稳定不变或限制在一个很小范围内变化的特殊功能电路，简称为 AGC 电路。本实验采用短路双极晶体管直接进行小信号控制的方法，简单有效地实现AGC功能。

关键词：自动增益控制，直流耦合互补级，可变衰减，反馈电路。

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范围的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.设计思路和总体结构框图

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)，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。如图2，可变分压器由一个固定电阻R

1

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V

REG 和大阻值电阻R

2

组成的直流源直接

向短路晶体管注入电流。为防止R

2影响电路的交流电压传输特性。R

2

的阻值必须

远大于R

1

。

对正电流的I所有可用值，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。

因此，对于VI曲线上所有直流工作点，短路晶体管的微分电阻与流过的直流电流成反比，换句话说，器件的微分电导直接与电流成正比。由于在其工作状态下，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，微分电阻都遵守这一规则。

因此，图2中V

REG 的变化就会改变电流I,并控制R

1

-Q

1

分压比。耦合电容C

1

和C

2

将电路的衰减器与输入信号源和输出负载隔离开来下图为一个典型的小信号双极晶体管的短路VI特性，图中显示，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。

五.分块电路和总体电路的设计

1.总体电路原理图

2.分块电路（1）输入缓冲级

输入信号V

IN 驱动缓冲极Q

1

，它的旁路射极电阻R

3

有四个作用：

首先，它将Q1的微分输出电阻提高到接近公式（1）所示的值。

R D1≈r

be

+(1+βr

ce

/r

be

)(R3//r

be

) （1）

该电路中的微分输出电阻增加很多，使R4的阻值（27kΩ）几乎可以唯一地确定整个输出电阻。其次，由于R3未旁路，使Q1电压增益降低至：

A Q1=－βR

4

/〔r

be

+(1+β)R

3

〕≈－R

4

/ R

3

(2)

第三，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。第四，Q1的基极微分输入电阻升至R

dBASE =r

be

+(1+β)R

3

，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。

图中，电阻R

4构成可变衰减器的固定电阻，类似于图1中的电阻R

1

。

电路原理图如下：

2）直流耦合互补级联放大电路

该部分利用直流耦合将Q2与Q3进行级联，构成互补放大器，在电路中提供大部分电路电压增益。电路图如下：

3)输出级电路

R 14是1kΩ电阻，将发射极输出跟随器Q

4

与信号输出端隔离开来。必要时，R

14

可

选用更低的电阻，但如果R

14过低，则大电容的连接电缆会使Q

4

进入寄生振荡。

电路图如下：

4）自动增益控制部分（AGC）即反馈电路

Q6构成衰减器的可变电阻部分。Q

5为Q

6

提供集电极驱动电流，Q

5

的共射极

结构只需要很少的基极电流。电阻R

17

决定了AGC的释放时间，其阻值可以选大

些，从而能够有较长的AGC释放时间。电阻R19用于限制通过Q

5和Q

6

的最大直

流控制电流。

当把大的C

3值和Q

6

最小微分电阻作比较时，即最大信号波幅在完全控制下，

其电抗对最低频率信号频谱成分而言是可以忽略的。D

1和D

2

构成一个倍压整流器，

它从输出级Q

4

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R

15决定了AGC的开始时间，若与C

6

组

合的R

15

过小，则是反馈传输函数产生极点，导致不稳定。

为确保对高频信号的良好响应，D

1和D

2

可以使用肖特基或快速PN硅二极管。

电路图如下：