自动增益控制电路的设计与实现

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1、自动增益控制电路的设计与实现摘要:在处理输入的模拟信号时，常常会遇到通信信道或传感器衰减强度大幅变化的情况，此时可以使用带自动增益控制（AGC）的自适应前置放大器，使其增益能随信号强弱而自动增调整，以保持输出的相对稳定。本实验采用了短路双极晶体管直接进行小信号控制来实现AGC功能。关键词:自动增益控制级联放大射极跟随反馈1.设计任务要求（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Mult

2、isim软件绘制完整的电路原理图。2.设计思路及总体框图2.1设计思路AGC电路实现方式有反馈控制、前馈控制和混合控制三种。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所示。图1反馈式AGC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

3、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

4、制幅度超过100dB。图3Q1V-I特性曲线1.2总体框图为实现自动增益控制电路的功能，设计的电路应具有四级，分别为：信号先由驱动缓冲级输入，进入直流耦合互补级进行放大，在射极跟随器输出，同时，在射极输出前连一反馈电路到缓冲级，实现电流相加电压取样的并联电压负反馈，其中，反馈电路中含有由两个二极管组成的倍压整流器和衰减器的可变电阻部分。从而实现在输入信号变化很大时，输出信号稳定的功能。电路总体架构图如下：级联放大电路输出跟随电路驱动缓冲电路增益反馈电路图4自动增益控制电路总体框图2.分块电路和总体电路的设计3.1驱动缓冲电路驱动缓冲

5、电路如图5所示。图5驱动缓冲电路当输入信号VIN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)（公式1）（2）由于R3未旁路，使Q1电压增益降低至：AQ1=－βR4/〔rbe+(1+β)R3〕≈－R4/R3（公式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

6、电阻升至RdBASE=rbe+(1+β)R3，与只有rbe相比，它远远大于Q1的瞬时工作点，并且对其依赖性较低。3.2直流耦合互补级联放大电路直流耦合互补级联放大电路如图6所示。图6直流耦合互补级联放大电路其中Q2、Q3构成直流耦合互补级联放大电路，为AGC电路提供了大部分的电压增益。R14是1kΩ的电阻，将发射机输出跟随器Q4与信号输出端隔离开来。3.3AGC反馈电路AGC反馈电路如图7所示。图7AGC反馈电路电阻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构成衰减器可变电阻部分。晶体管Q5为Q6提供集电极驱动电流

7、，Q5的共发射极结构只需很少的基极电流。用这种方法时，决定AGC释放时间的电阻R17阻值可选大些，从而能够有足够的AGC释放时间。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。3.4完整的AGC反馈电路完整的AGC反馈电路如图8所示。uiuo图8完整的AGC电路3功能说明本实验所完成的电路实现了自动增

8、益控制的功能，当输入端输入信号发生较大变化时，输出信号由于自动增益控制会基本保持不变，或者是先随输入信号发生一定变化后恢复到原来的输出信号幅值。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