自动增益控制电路设计书

2019届课程设计自动增益控制电路课程设计说明书学生姓名 武振旺、孙亚荣 学 号 5081215020、5081215032 所属学院 信息工程学院 专 业 物联网工程 班 级 物联网工程19 指导教师 杨全丽、丛申 教师职称 讲师 塔里木大学教务处制塔里木大学课程设计任务书课程名称： 现代电子技术 课程所属教研室： 计算机系 指导教师： 杨全丽、丛申 学号5081215020学生姓名武振旺（专业）班级物联网19学号5081215032学生姓名孙亚荣设计题目自动增益控制电路的设计与实现设计技术内容本设计主要在Multisim的工作环境下设计自动增益控制电路，应做以下设计内容：1、 软件仿真，设计实现一个简单的AGC电路。2、 以模拟集成电路为核心器件，通过电路增益的自动调节，对于不同幅值的正弦波u1,u0的幅值可基本不变。设计要求本次课程设计需要完成以下要求：1、 设计实现AGC电路，测试AGC电路中的总谐波失真（THD）及如何有效的降低THD。2、 整体电路布局合理，线路清晰3、 课程设计说明书条理清晰，结构合理，格式规范参考资料1电子线路第四版.谢嘉奎.北京.高等教育出版社.1999。2电子电路基础.解月珍.北京.人民邮电出版社.1999。3 基础电子技术.蔡惟铮.北京.高等教育出版社.2004。4半导体集成电路.朱正涌.北京.清华大学出版社.2001。周次第一周应完成内容1、 查阅资料进行选题2、 学习设计软件的使用3、 利用软件进行设计的一个简单的AGC电路自动增益的功能。4、 撰写课程设计说明书5、 课程设计答辩指导教师签字教研室主任签字说明：1、此表一式三份，院、学科组、学生各一份。 2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。目录1自动增益控制电路的背景与意义11.1自动增益控制电路的背景11.2自动增益控制电路的意义12.Rb变化对Q点和电压放大倍数的影响22.1原理图22.2仿真模拟22.3仿真数据62.4实验结论：63两级直接耦合放大电路的调试63.1实验目的63.2原理63.3仿真电路73.4仿真内容93.5仿真数据结果103.6结论104.自动增益控制电路的设计与实现104.1原理104.2分块电路和总体电路的设计114.3所实现功能说明144.4实验故障及问题分析16总结和结论17致谢18自动增益控制电路的设计与实现摘要：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。自动增益控制电路已广泛用于接收机、录音机、信号采集系统、雷达、广播、电视系统中，在无线通信、光纤通信、卫星通信等通信系统也有着很广泛的应用。 本实验介绍了一种简单的反馈式AGC电路，适用于低频段小信号处理的系统中。关键字：倍压整流，可变衰减，自动增益控制，复合管，电压跟随器，反馈。1自动增益控制电路的背景与意义1.1自动增益控制电路的背景随着微电子技术、计算机网络技术和通信技术等行业的迅速发展，自动增益控制电路越来越被人们熟知并且广泛的应用到各个领域当中。自动增益控制线路，简称AGC电路。它是限幅装置的一种，是利用线性放大和压缩放大的有效组合对输出信号进行调整。当输入信号较弱时，线性放大电路工作，保证输出声信号的强度；当输入信号强度达到一定程度时，启动压缩放大电路，使声输出幅度降低，满足了对输入信号进行衰减的需要。也就是说，AGC功能可以通过改变输入输出压缩比例自动控制增益的幅度，扩大了接收机的接受范围，它能够在输入信号幅度变化很大的情况下，使输入信号幅度保持恒定或仅在较小范围内，不至于因为输入信号太小而无法正常工作，也不至于因为输入信号太大而使接收机发生饱和或堵塞。在电路设计中，这种线路被大量的运用，从尖端的雷达技术到日常的广播电视系统，自动增益控制无疑很好的解决了各种技术中存在的信号强度问题。1.2自动增益控制电路的意义当输入信号电压变化很大时，保持接收机输出电压恒定或基本不变。具体地说，当输入信号很弱时，接收机的增益大，自动增益控制电路不起作用;当输入信号很强时，自动增益控制电路进行控制，使接收机的增益减小。这样，当接收信号强度变化时，接收机的输出端的电压或功率基本不变或保持恒定。因此对AGC电路的要求是:在输入信号较小时，AGC电路不起作用，只有当输入信号增大到一定程度后，AGC电路才起控制作用，使增益随输入信号的增大而减少。为实现上述要求，必须有一个能随外来信号强弱而变化的控制电压或电流信号，利用这个信号对放大器的增益自动进行控制。由上述分析可知，调幅中频信号经幅度检波后，在它的输出中除音频信号外，还含有直流分量。直流分量大小与中频载波的振幅成正比，也即与外来高频信号成正比。因此，可将检波器输出的直流分量作为AGC控制信号。2.Rb变化对Q点和电压放大倍数的影响2.1原理图 图 2-1 2.2仿真模拟1.当Rb=3M时电路图如下图2-2所示图 2-2UCEQ和Au仿真结果如下图2-3所示 图 2-32.当Rb=3.2M时电路图如下图2-4所示图 2-4UCEQ和Au仿真结果如下图2-5所示：图 2-53.当信号源V1=10mv时，输出波形如下图2-6所示图 2-64.当信号源V1=20mv时，输出波形如下图2-7所示图 2-72.3仿真数据Rb=3M和3.2M时的UCEQ和Au仿真结果如下表2-1所示：表2-1 仿 真 数 据基极偏置电阻Rb/M直流电压表读数UCEQ/V信号源峰值Uipp/mV示波器显示波形峰值Uopp/mVICQ/mA|Au|38.4351112.1020.661123.28.7851106.8060.621072.4实验结论：（1）Rb增大时，ICQ减小，UCEQ增大，|Au |减小。（2）调节电阻Rb以改变ICQ，是改变阻容耦合共射放大电路电压放大倍数最有效的方法。（3）实际的最大不失真输出电压值小于理论分析值。（4）对于实际电路，失真后的波形并不是顶部成平顶或底部成平底，而是圆滑的曲线；测试放大电路时，可以通过输出电压波形正、负半周幅值是否相等来判断电路是否产生失真。3两级直接耦合放大电路的调试3.1实验目的1熟悉差动放大电路电路的特点和工作原理。2掌握直接耦合放大电路静态工作点的调整和测试方法。3两级直接耦合放大电路的调整和测试方法。3.2原理图3-1为两级直接耦合放大电路，第一级为双端输入、单端输出差分放大电路，第二级为共射放大电路。由于在分立元件中很难找到在任何温度下均具有完全相同特性的两只晶体管，因而通过电位器来调节其对称性，使其实现共模抑制比很高的差分放大电路。图 3-1两级直接耦合放大电路3.3仿真电路由于在分立元件中很难找到在任何温度下均具有完全相同特性的两只晶体管，因而也就很难实现共模抑制比很高的差分放大电路。在MULTISIM环境下可以做到两只晶体管特性基本相同。图 3-2波形仿真图图 3-3波形仿真图3.4仿真内容（1）调整电路的静态工作点，使电路在输入电压为零时输出电压为零。用直流电压表测Q2、Q3集电极静态电位，测试电路见图3-2所示（2）测试电路的电压放大倍数，输入电压是峰值为2mV的正弦波，从示波器可读出输出电压的峰值，由此得电压放大倍数。测试方法见图3-2所示。（3）测试电路的共模抑制比。加共模信号，从示波器可读出输出电压的峰值，得共模放大倍数，从而得共模抑制比。测试电路见图3-3所示。3.5仿真数据结果（1） 静态工作点的调试结果见表3-1表 3-1静态工作点的调试结果109.89.79.69.59.49.39.3210.8710.88910.89910.90910.91810.92810.93810.9361208854.49667.532500.305322.832145.125-32.7962.802（2）电压放大倍数的测试见表3-2表 3-2电压放大倍数的测试输入差模信号电压峰值/mV第一级输出电压峰值/mV第一级差模放大倍数第二级输出电压峰值/mV第二级差模放大倍数整个电路的电压放大倍数237.12718.5-674.150-18.156-335.886（3）共模放大倍数的测试见表3-3表 3-3共模放大倍数的测试输入共模信号电压峰值/mV第一级输出电压峰值/pV第二级输出电压峰值/pV第一级共模放大倍数整个电路的共模放大倍数共模抑制比1008.5321559023.6结论（1）由于直接耦合放大电路各级之间的静态工作点相互影响，一般情况下，应通过软件调试各级的静态工作点，基本合适后再搭建电路，进行实际测试。（2）当输入级为差分放大电路时，电路的电压放大倍数是指差模放大倍数。（3）具有理想对称性的差分放大电路抑制共模信号的能力很强，因此以它作直接耦合多级放大电路的输入级可提高整个电路的共模抑制比。4.自动增益控制电路的设计与实现4.1原理1.一个简单AGC电路如图4-1所示图 4-1 AGC电路如图4-1所示，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。2.本实验电路框图信号范围：0.550mVrms 信号范围： 0.51.5Vrms 输入信号输入缓冲级放大级，提供大部分增益输出信号放大级前端反馈网络图4-2电路框图4.2分块电路和总体电路的设计（1）输入缓冲极，其设计电路图如图4-3所示图4-3 输入缓冲级 R3- 将Q1的微分输出电阻提高到接近RD1rbe+(1+rce/rbe)(R3/rbe)所示的值 由于R3未旁路，使Q1电压增益降低至AQ1=R4/rbe+(1+)R3R4/ R3 有助于Q1集电极电流电压驱动的线性响应。（2）复合管放大部分，电路图如图4-4所示图 4-4 复合管放大部分*复合管的极性有前管决定，即前管Q2为NPN则复合管就是NPN。（3）输出极，电路图如图4-5所示图4-5输出级 Q4-射极跟随器作为输出端，R14-将Q4与信号输出端隔离开来 （4）自动增益控制部分（AGC），电路图如图4-6所示，并且在该图基础上加上R4构成。图4-6 AGC控制部分电路R4-构成可变衰减器的固定电阻，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。R17-决定了AGC的释放时间。R19-限制通过Q5和Q6的最大直流控制电流。D1.D2-构成一个倍压整流器-从输出级Q4提取信号的一部，为Q5生成控制电压。R15-决定了AGC的开始时间。输入信号变大-输出跟着增大-Q6的微分电阻变小-输入进入放大级的信号变小。反之输入变小时，输出自动变大=实现自动增益控制功能。总体电路 最终设计的总体电路如图4-7所示图4-7 总电路图电路参数如图中标示，输入信号为0.550mVrms，信号带宽为1005KHZ4.3所实现功能说明1、基本功能：输入的信号范围在0.550mVrms时经过输入缓冲级- 复合管放大信号（提供大部分增益)信号带宽满足覆盖100Hz5KHz的要求，实现了自动增益控制。下面是输入信号在f1KHz，VIN40mVpp时刻的仿真结果：图4-8仿真图图4-9输入信号瞬时波形如图图4-10输出信号瞬时波形如图2、直流电源：Vcc=9V3、主要测试数据：表 4-1测试数据 f/HzVi/mVrms 10010003000 50000.58mV 0.686V 0.686V 0.685V 0.679V10.0mV 0.706V 0.706V 0.704V 0.701V20.0mV 0.783V 0.783V 0.783V 0.783V40.0mV 0.809V 0.809V 0.809V 0.810V50.0mV 0.818V 0.818V 0.818V 0.817V4、测试方法：（1）输入端接输入信号，电压电压有效值0.550mV，频率在100Hz5KHz 单变量法测试 用示波器观察输入输出信号 交流毫伏表测量输入输出的信号电压的有效值，计算增益；（2）具体测试过程如下： 保持输入电压有效值0.5mV 改变信号频率从100Hz变化到5KHz =测量记录如上表格所示；(3） 观察输入缓冲级Q1的集电极输出波形 有反馈Q1的集电极输出信号幅值基本为2mV，无反馈Q1的集电极输出信号幅值为伏级上的比有反馈的时候大的多可见自动衰减的负反馈信号与经缓冲级放大的信号叠加使信号维持在一个比较稳定的值。经过以上步骤，自动增益控制电路的测试基本完成。5、由上述测试方法得实验数据表4-2实验数据 f(HZ)Vo(mv)Vi(mv)100100020003000400050000.568568668668568568757537497487487477451077477076976876676520799793792790789787258088007997987967943582381281081080880640829817817815814812508408268268248228204.4实验故障及问题分析可以从示波器波形和测试数据得出：在实验要求的频段内，当输入信号从0.5mVrms变化到50mVrms时，输出大约只是从685mVrms变化到840mVrms，输入变化了100倍，而输出仅增大了1.2倍，符合设计的要求。经过实验发现，输入信号的幅度和频率在0.4mv,100HZ至707mv,173KHZ之间变化时，均可有较为稳定的输出。总结和结论1、本实验综合性较强，考察了理论分析与动手实践的综合能力，让我们通过实验，更深的理解了模拟电路的知识精髓。2、本实验采用了反馈式自动增益控制电路，主要由输入缓冲级、复合管、信号输出级、倍压整流与反馈几个部分组成。倍压整流与反馈实现了自动增益控制的功能。3、由于自动增益控制电路比较复杂，我们在实验中应该学会整体协调与局部分析。当电路的输出电压波形不符合预期时，要根据实际的输出与理论分析的输出之间的差距来分析故障发生在哪里，例如当输出不能实现自动增益控制时，可以基本确定是倍压整流与反馈的电路出现问题，这样可使我们缩小排查的范围，提高实验效率，同时加深理解了电路每一部分的具体功能。4、输出的信号电压基本为0.78Vrms，以很小幅度波动，在实验要求的范围内，输出信号带宽为50Hz225KHz，覆盖要求的频率宽度，可以处理很宽频带的信号，说明该电路对信号处理能力强， 但同时带来一个问题，通频带宽，选择性差。5、该自动增益控制电路，输入信号范围为0.550mVrms输出信号为0.51.5Vrms信号带宽：1005KHz，适合应用于低频段小信号处理的系统中。6、科学工作者要具备坚持不懈、严谨求实的态度。致谢本设计在选题及研究过程中得到杨全丽老师的悉心指导。杨老师多次询问设计进度，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。杨老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人。对杨老师的感激之情是无法用言语表达的。通过这次课程设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼,使我在模拟电子技术方面能向前迈了一大步，为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。我在指导老师杨老师的精心指导和严格要求下，获得了丰富的理论知识，极大地提高了实践能力，并对当前电子领域的研究状况和发展方向有了一定的了解，这对我今后进一步学习有极大的帮助。在此，我忠心感谢杨老师指导和支持。在未来的学习中，我将以更好的成绩来回报老师。在此，我还要感谢在一起愉快的度过大一学生生活的计算机系全体老师和同学，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑。在课程即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到课程的顺利完成，有多少可敬的老师、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢。