北邮自动增益控制电路的设计

电子测量与电子电路实践实验7.5自动增益控制电路的设计实验报告

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.课题名称：自动增益控制电路的设计

二.实验摘要

针对某些电路应用对固定强度(幅度)信号的要求，我们通过采用AGC自动增益控制的自适应前置放大器，使增益能够随信号强弱而自动调整，以保持电路

输出相对稳定。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，在输入信号0.5mV~50Vrms以及信号带宽100~5KHz范围内，使输出信号限制在

0.5~1.5Vrms，变化较小，简单有效地实现了自动增益控制的功能。

关键词：

电子电路自动增益控制直流耦合互补级

设计任务要求

1. 基本要求:

设计一个AGC电路，设计指标以及给定条件为:

(1)电源电压：9V;

(2)输入信号：0.5mV〜50mV

(3)输出信号：0.5V 〜1.5Vr ;

(4)信号带宽：100Hz〜5KHz

(5)设计该电路的电源电路(不要求实际搭建)

2. 提高要求:

(1) 设计一种采用其他方式的AGC电路。

(2) 采用麦克风输入作为，8 Q喇叭输出的完整音频系统。

(3) 如何实际具有更宽输入电压范围的AGC电路。

(4) 测试ACG电路中的总谐波失真(THD及如何有效降低THD

四.设计思路、总体结构框图

1. 设计思路

1) 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, 如下图：

2）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。如下图，可变分压器由一个固定电阻R

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一集电极短路方式的双

极晶体管微分电阻实现，为改变Q的电阻，可从一个

有电压源V REG和大阻值电阻R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Ri o

对于正电流I的所有可用值（一般都小于晶体管的最大额定射极电流I E：晶体管Q的集电极一发射极饱和电压小于它的基极一发射极阈值电压，于是晶体管工作在有效状态。短

路晶体管的VI （电压一电流）特性曲线非常类似于PN二极管，符合肖特基方程，即期间电压的变化与直流电流变化的对数成正比。

3）从下图可以看出，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. 总体构架框图

五. 分块电路和总体电路的设计（含电路图）

1. 分块电路

1）驱动缓冲电路

电流耦合互补级

并联电压负反惯

|R3 Res>

T2 2K

驱动缓冲设计电路图如上图所示，当输入信号V N 驱动缓冲极Q 时，它的 非旁路射极电阻

R 3有四个作用：

① 它将Q 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 R 的阻值几乎可以唯一地确定这个输出电 阻。

R)仟 r be + (1+ B r ce /r be )(R 3//r be )

② 由于R3未旁路，使Q 电压增益降低至：

A Q 1=—

B Rt/〔 r be +(1+ B )R 3〕~ — Rt/ R 3

③ 如公式②所示，未旁路的R?有助于Q 集电极电流一电压驱动的线性响应。 ④ Q 的基极微分输入电阻升至 Rj BAS =r be +(1+ B )R 3，与只有

「be 相比，它远 远大于Q

的瞬时工作点，并且对其依赖性较低。

2)直流耦合互补级联放大电路

Cl

TL

Cap Poll

R2

I"""~

Kes2 IM RL Res2 220

_±C2

■q^capydi ia (hj

R4 Res? 27K

KQ1 ^3050

图中晶体管Q2为NPN t, Q3为PNP管，将Q2的集电极与Q3的基极相连，构成了直流耦合互补级放大电路，为AGC电路提供大部分电压增益。R14 是1k Q电阻，将发射极输出跟随器Q4与信号输出隔离开来。必要时，R14 可选用更低的电阻，但如果R14过低，则大电容的连接电缆会使Q4进入寄生震荡。

①电路图如图所示，电阻R4构成可变衰减器的固定电阻，而Q6构成衰减器的可变电阻部

分。晶体管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。

②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。

③电阻R19用于限制通过Q5和Q6的最大直流控制电流。

④D1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。

⑤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。

⑥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。

2. 总体电路

当输入信号为0.5〜50mVrmS40dB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