AGC实验报告 - 图文

实验报告

班级：

计算机实习

电子工程学院

2014211208班

姓名：祁振国 学号：2014212747 班内序号：27

目录

一、 实验名称................................................................................................... 2 二、 实验目的................................................................................................... 2 三、 实验摘要与关键词................................................................................... 2 四、 实验设计任务及要求............................................................................... 2 五、 实验设计思路与总体结构框图............................................................... 2

5.1、电路结构框图 ........................................................................................ 2 5.2、倍压整流原理： .................................................................................... 4 5.3、总体结构框图 ........................................................................................ 4 六、 分块电路和总体电路的设计（含电路图）........................................... 4

6.1. 输入缓冲级电路....................................................................................... 5 6.2. 直流耦合互补级联放大电路................................................................... 5 6.3. 射级跟随器输出级电路........................................................................... 5 6.4. AGC反馈电路 ........................................................................................... 6 6.5. 完整AGC电路 .......................................................................................... 7 七、电路的功能说明............................................................................................. 7

7.1. 功能实现................................................................................................... 7 7.2. 功能实测................................................................................................... 7 八、 故障及问题分析....................................................................................... 9

8.1. 查阅资料：............................................................................................... 9 8.2. 拼插电路板............................................................................................... 9 8.3. 实际电路真实环境测试........................................................................... 9 8.4. 数据测试以及波形绘制......................................................................... 10 九、 总结和结论............................................................................................. 10

9.1. 关于题目：............................................................................................. 10 9.2. 实验总结：............................................................................................. 10 9.3. 实验总体方面的一些启示：................................................................. 11 十、 Multsim仿真原理图波形图 .................................................................. 12 十一、 PROTEL绘制的原理图 ........................................................................ 15

11.1.........................................................PROTEL绘制的AGC电路原理图 15 11.2....................................................................用PROTEL生成的PCB板 . 16 11.3....................................................................9V稳压源电路原理图： .. 16 11.4....................................................................12V稳压源生成PCB板 .... 17 十二、本实验使用用元器件及测试仪器全览................................................... 17 十三、 借鉴文献................................................................................................. 18

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一、 实验名称

自动增益控制电路的设计与实现（AGC）

二、 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. 提高学生独立设计电路和验证电路设计的能力。

三、 实验摘要与关键词

自动增益控制(Automatic Gain Control, AGC)是使放大电路的增益自动随信号强度调整的自动控制方法，它在输入信号幅度在一定的范围内变化较大时，能使输出信号幅度稳定不变或将信号的波动限制在一个很小范围内，实现这种功能的电路称为 AGC 电路，该电路广泛应用于广播电视、无线通信、光纤通信、传感器处理等方面。本实验采用短路双极型晶体管直接进行小信号控制的方法，从而可以简单有效地实现自动增益控制的功能。

关键词：自动增益控制、反馈控制电路、倍压整流、可变衰减、电压跟随器（射随） 设计任务要求

四． 实验设计任务及要求

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(有效值)； 输出信号：0.5～1.5Vrms（有效值）； 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。

五．设计思路与总体结构框图

1、电路结构框图

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

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变增益放大器（VGA）以及检波整流控制组成 ，如图1所示：

图式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。

图式2由短路三极管构成的衰减器电路

图式3短路晶体管相应的微分电阻图V-I特性曲线

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。在工作即放大的状态下，共射极连接的双极型晶体管的电流放大系数一般在100以上，当电流变化范围范较大时，微分电阻都遵守这一反比的规则。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。

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2、倍压整流原理：

图式3 倍压整流

a) 在一些需用高电压、小电流的地方，常常使用倍压整流电路。倍压整流，可

以把较低的交流电压，用耐压较低的整流二极管和电容器，“整”出一个较高的直流电压。倍压整流电路一般按输出电压是输入电压的多少倍，分为二倍压、三倍压与多倍压整流电路。 b) 电路工作中，当二极管D1导通，D2截止，电流经过D1对电路中的电容充电，

将电容C上的电压充到接近加在D1上电压的峰值，并基本保持不变； c) 当加在C上的电压反向时，二极管D2导通，D1截止，此时，加在C上的反

向电压继续通过D2对电容C充电，充电电压峰值为加在D2两端的电压峰值。 d) 如此反复充电，C上的电压就基本上就维持在加在D1、D2上的交流电压峰值

两倍。故称为倍压整流电路。 3、总体电路分级设计结构框图

放大级，提供大部分输入信号 输入缓冲级级 放大级前端 输出信号 增益 信号范围：0.5～50mVrms 信号范围：0.5～1.5Vrms 反馈网络 六．分块电路和总体电路的设计（含电路图）

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1. 输入缓冲级电路

输入信号VIN驱动缓冲极Q1，它的非旁路射极电阻R4有三个作用：

① 它将Q1的微分输出电阻提高到接近以下公式（a）所示的值。该电路的输出电阻得到极大的提升，增强了电路的带负载的能力，使R3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) （a）

② 由于R4未旁路，相当于一个负反馈的电阻，使Q1电压增益降低至：

AQ1=－βR3/〔rbe+(1+β)R4〕≈－R3/ R4 (b)

进而AGC的反馈效果比较明显。

③ 如公式（b）所示，未旁路的R4有助于Q1集电极电流－图式4输入缓冲级电路 电压驱动的线性响应。

2. 直流耦合互补级联放大电路

Q2和Q3通过直流耦合形成互补级联放大电路，NPN和PNP级联消除了需要逐级提 直流工作点的顾虑，使电路简单易行，同时两级共射级发射电路提供整个电路大部分的增益。

图式5直流耦合互补级联放大电路

3.射级跟随器输出级电路

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使用共集电极射级跟随器作为输出级使用，一方面其输入电阻大、输出电阻小的特性使其输出特性良好；正是共集电路的这种性质，所以常用作输出缓冲级；另一方面共集电极电路的高频特性良好，弥补了共射高频特性不好的缺点，拓宽了频带。

图表 6射级跟随器输出级电路

4.AGC反馈电路

图表 7 AGC反馈电路

AGC反馈电路如图8，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。其中，电阻R16决定了AGC的释放时间，电阻R18决定了AGC的开始时间。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。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，使输出减小；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。

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5.完整AGC电路

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

图表 9 AGC电路全图

七．电路的功能说明

1. 功能实现

输入信号从输入缓冲级输入电路，经过直流耦合互补级联放大电路将信号进行放大，输出信号一方面通过射级跟随器输出，一方面通过AGC反馈回路进行增益控制，再反馈到输入端，使输出随着反馈的作用进行修正，再经过互补电路放大，使得输出随着输入的变化近似等比例的变化，实现了增益的稳定，最终实现自动增益控制。

2. 功能实测 a) 直流工作点：

首先进行直流工作点测量，保证每一级电路均保持在与仿真相近的状态。下表中Q1~Q4与电路图中从左到右的四级三极管的输出端对应，分别对其基极、集电极和发射极的电位进行测量，结果如下表所示。通过分析观察数据结果，可以发现实测值基本上与理论值相符，可以进行下一步实验。

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注：实测中Q4的VC出现了大于理论电源电位的情况，可见电压源存在误差，偏大，从而实测值比理论值稍大也是可以理解的。 理论 VE/V VB/V VC/V

实际 VE/V VB/V VC/V Q1 0.46 1.09 2,98 Q2 4.60 5.07 8.23 Q5 8.81 8.27 5.58 Q4 4.86 5.63 9.05 Q1 0.43 1.01 3.11 Q2 4.57 5.10 8.16 Q5 8.79 8.16 5.52 Q4 4.81 5.50 9.10 b) 输出输入关系： i. 测试结果：

频率/kHz 输出/Vrms 输入/mVrms 0.5 1.0 5.0 10 20 30 40 50 0.1 1.15 1.18 1.23 1.27 1.31 1.36 1.42 1.45 0.5 1.15 1.19 1.24 1.27 1.31 1.37 1.41 1.45 1 1.16 1.19 1.25 1.28 1.32 1.37 1.43 1.46 1.5 1.16 1.19 1.25 1.28 1.31 1.38 1.43 1.46 2 1.17 1.20 1.26 1.30 1.34 1.37 1.44 1.47 3 1.17 120 1.26 1.29 1.33 1.38 1.43 1.47 4 1.18 1.21 1.27 1.31 1.34 1.39 1.45 1.48 5 1.18 1.22 1.28 1.30 1.36 1.39 1.45 1.48 测试方法：

本实验的数据测量采用控制变量的方法。调节的一个技巧：因为有效值的调节比较繁琐，而频率的调节就比较的简单！所以在本实验当中，采用了保证输入有效值不变时从大到小来调节频率的方法，使用毫伏表进行测量得到有效值并记录数据测量得如表所示的数据！。测量时需要注意的是一定保证调节的是有效值而不是峰峰值！

ii. 实验结论：

通过观察数据，发现实验和要求符合的比较好，当输入信号在0.5～50mVrms变化时，

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输出信号也满足0.5～1.5Vrms，并且严格而言该电路将输出控制在了1.10~1.48Vrms的范围内，实现了100倍差值输入映射到要求的范围内的任务，较好的的达到了实验要求。

另外，通过观察可知，该电路的幅频特性曲线的峰值应该出现在3.0kHz的附近，并且上下截止频率大于现要求的100～5KHz.

八．故障及问题分析

1. 查阅资料：

在拿到选题之后一开始想从上学习的模电实验课本上找一些有关于AGC的资料，但直到把课本翻完还没有发现相关的内容才发现自己找资料的方向就有问题，之后从电路中心网站上下载了有关这部分实验的相关的内容，才对实验的基本的原理和基本的要求有所了解。在网上找到了前人的一个设计电路图，我根据这个电路图逐渐的分析，搞懂了实验的设计原理和设计的基本思路！

从这个找资料的过程中我学会了一种新的实验设计的方法，在找资料的过程中培养了自己独立解决问题的能力和找资料的能力！

2. 拼插电路板

搭接电路的过程中照着电路的全图进行了搭建！在搭建的过程中只是照电路从左至右，从上至下依次搭建，对于电路的整体分布的优化方面考虑的不是太多，所以在搭建完之后电路的形式比较乱，和那些做电子琴的同学搭建的电路进行比较的话，不是很规范！在电路的用线方面，仅仅考虑到了负极使用黑线，正极使用红线！至于用黄线标注信号的输入以及处理过程没有达到！

另外就是一些元件没有相应的设计值，一开始是空出来的，但之后老师说可以使用参数相近的元件来代替 ，这才解决了这一个问题！所以从这之中也学到了一点就是模拟的试验中永远没有哪一个原件必须采用规定值的电阻，只要相邻都是可以用来做相应的元件的代替的，实际上对于整体的电路来讲不一定会有很大的影响！

3. 实际电路真实环境测试

（1）在加电测试的时候，当我把电路的正负电源加上之后，把示波器，毫伏表，函数信号发生器连接完毕时，先把输入设为0.5mv的有效值时，结果在示波器上显示的输入波形不论如何调节都调不到很清晰，最后咨询老师才知道是信号太小，所以显示效果不是很好！

（2）在第一个问题解决之后我在观测输出波形之后，发现输出一直没有显示，在检查了电路之后我发现我连的电容有一个正负极接反了，所以我就赶快把电路的正负极对调了一下确保了电容正确无误！

（3）示波器上还没有显示，我又想到了可能是三极管有点问题，所以用万用表的二极管测试端一下每个三极管的管脚C-B,E-B的电压，发现S-8550烧了，所以就又换了一个三极管，并检查了没有问题！

（4）以上的问题解决之后，示波器上出现了波形，但是有点失真！而输入是在要求的

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图表13.4 Q4的波形 十一．PROTEL绘制的原理图

1. PROTEL绘制的AGC电路原理图

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图表 10AGC电路原理图

2. 用PROTEL生成的PCB板

图表 11用PROTEL生成的PCB板

3. 9V稳压源电路原理图：

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图表 12 9V稳压源电路原理图

4. 12V稳压源生成PCB板

图表 13. 9V稳压源生成PCB板

十二.本实验使用元器件及测试仪器全览

实验仪器 示波器 毫伏表 型号 SS-7804 YB2173F 作用 显示输入输出波形 测量交流有效值 17

实验元件 面包板 三极管S8050 函数信号发生器 直流稳压电源 万用表 DG1062 SS2323 UT804 产生交流信号 提供直流电压 三极管S8550 二极管1N4148 测量直流电压，电路检验

十三．借鉴文献

1.北京邮电大学电路中心 《电子电路综合设计实验教程》 2.刘宝玲 主编《电子电路基础》高等教育出版社

3.北京邮电大学电路实验中心网站 网址：http://cclab.see.bupt.cn/

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/17m5.html