北邮AGC电路实验报告

与实现 实验报告

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一．课题名称： 自动增益控制电路的设计与实现 二．实验目的

1. 了解AGC（自动增益控制）的自适应前置放大器的应用；

2. 掌握AGC电路的一种实现方法；

3. 提高设计电路和验证实验的能力。

三．实验摘要

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，电压跟随器，反馈

四．设计任务要求

1. 基本要求： 设计一个 AGC 电路，要求设计指标以及给定条件为：

•输入信号：0.5〜50mVrm§ •输出信号：0.5〜1.5Vrms; •信号带宽：100〜5KHz 2. 提高要求：

设计一种采用其他方式的 AGC电路。

五．设计思路和总体结构框图

设计思路

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，如监控系统中的多个相同传感器返回的信号中， 频谱结构和动态范围大体相似， 而最大波幅却相差很多。 此时， 可以使用带自动 增益控制的自适应前置放大器， 使其增益应能随信号强弱而自动调整， 以保持输 出相对稳定。

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，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。

在下图1中，可变分压器由一个固定电阻 Ri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Q的电阻，可从一个有电压源 U和大阻值电阻 艮组成的电流源直接 向短路晶体管注入电流。为防止F2影响电路的交流电压传输特性，R的阻值必须 远大于 R1。

对于输入Qi集电极的正电流的所有可用值，Qi的集电极一发射极饱和电压 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2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， 即控制幅度超过100dB。

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将上述AGC电路与一个放大电路相接，互相配合，即可以达到一个实现自 动增益控制的放大电路。在本实验中采用一个8050型三极管和一个8550型三极 管进行直流耦合互补级联提供大部分电路电压增益，并且利用一个 8050型三极 管作为缓冲极输入，一个8050型三极管作为射极跟随器输出。

总体结构框图

六. 分块电路和总体电路的设计

分块电路

(1) 输入缓冲极，其设计电路图如图 3所示；

输入信号VIN驱动缓冲极Qi，它的旁路射极电阻R3有四个作用： ① 它将Qi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。

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② 由于R3未旁路，使Qi电压增益降低至：

AQI=—B R4/〔rbe+(1+ B )R3〕〜一R4/ R 3

(2)

③ 如公式(2)所示，未旁路的R有助于Qi集电极电流一电压驱动的线性 响应。 ④Qi的基极微分输入电阻升至 RdBASE=「be+(1+ [3 )R3,与只有「be相比，它

(2) 直流耦合互补级联放大部分，电路图如图 4所示；

该部分利用直流耦合将 Q2与Q3进行级联，构成互补放大器，在电路中对 信号起到大部分的放大作用。

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（3）输出极，电路图如图5所示；

Q4作为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6所示，并且在该图基础上加上 R4构成。

其中R4构成可变衰减器的固定电阻，类似于图 1中的电阻R1,而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。电阻 Ri7决定了 AGC的释放时间。电阻Ri9用于通过Q5 和Q6的最大直流控制电流。Di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。电阻R15决定了 AGC的开始时间。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，是输出减小；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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图表6 AGC

总体电路

最终设计的总体电路图如下： 电路参数如图中标示，输入信号为 5K〜6KHz时也可以达到要求）

0.5〜50mVrm§信号带宽为100〜5KHZ（在

图表7 完整AGC电路图

仿真波形

提高要求

除了上述电路，还设计了另一种采用其他方式的 原理AGC电路。其设计思路和 图(图8)如下： 设计思路：输入信号经电阻Ri， R2分压

后送往运放Ui，二极管Di对Ui的输出 信号整流后，经过一个n型滤波电路得到一个负向的 AGC电压，经U2放大后送 往场效应管的栅极。

工作原理：当输入信号的幅值较大时，相应地得到了较大的 AGC电压，运放U2 输出较大的负压至场效应管的栅极， 增大了场效应管的源漏极间的电阻， 从而减 小了运放U的放大倍数｛输入信号的幅度进一步加大时，场效应管的源漏极间 的电阻也会进一步加大，使运放 U的放大倍数进一步减小……直至场效应管的 源漏极被完全夹断，这时运放 U失去放大能力成了电压跟随器。

反之，当输入信号的幅值较小时， AGC电压也很小，运放12输出也小，场 效应管的源漏极问的电阻很低，使运放 U得到较大的放大倍数，从而在 U的输 出端可以 得到幅值较大的信号。如果需要在电路输出端得到较高幅值的信号， 可以在运放U的输出端增加2只电阻，调整这两只电阻的阻值，就能在 U的输 出端得到不同幅值的输出信号。

七. 实现功能说明

本实验所完成的电路实现了自动增益控制的功能， 当输入端输入信号变化时， 输出信号由于自动增益控制会基本保持不变， 或者是先变化后恢复到原来的输出 信号幅值。 (1)

自动增益控制功能的实现。

实验方法：先保持恒定的信号频率，将输入信号的有效值从 (2)

实验波形

0.5mV逐渐

提高到50mV，用示波器记录输入输出波形，用交流毫伏表测量输入输出 有效值。

(3) 实验数据

1实验数据：

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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 5mVrms变化到768mVrms， 输入变化了 100倍，而输出仅增大了 1.2倍，符合设计的要求。

从示波器的波形可以直观明显地观察到当输入变化。 当输入信号增大时，输 出信号先突然增大，信号比较大时出现严重失真，然后减小，保持在 1V左右； 信号减小时，输出信号先迅速减小，然后又缓慢回到之前的位置。

八. 故障及问题分析

(1) 在验证AGC部分电路功能时，发现电路的输出信号始终呈一条直线。 解决方法： 发现有忘记连接导线的地方，检查电路查验电阻、电容数目然后检查导线位 置，确认无误后，电路得以实现功能。

(2) 在接通电源之后没有出现预期波形，二极管发烫。 解决方法：

经验证二极管正负接反，将二极管正确连接后，电路功能得以实现。 (3) 电路没有出现预期波形，直流电源显示短路。 解决方法：

经检查，有元器件之间短路现象，检查整理电路之后，电路功能得以实现。 (4) 调节示波器，始终不显示输出波形，输入波形正常。 解决方法：

经检查，示波器的信道2线路有问题，换示波器之后电路功能正常，输入输 出正常。

注意：电解电容正负极，不能接反！

虽然实验之中并未出现电容问题，但是电解电容记忆烧毁，需多注意

九. 总结和结论

本次试验综合性很强，不同于以往的简单电路，需要用到很多的元器件， 虽然元器件较为简单，但是电路搭接以及问题分析方面都很考验我们小组。 这一 次实验，我们收集了大量的关于 AGCt路的资料，首先运用multisim进行仿真， 对于此次实验有了初步的认识。在进行实验的过程中，锻炼了我们的动手能力， 在实验中灵活选用与所需电阻较为相似值进行替代可以解决电路箱中没有所需 元器件的问题。

实验用到的电路比较复杂，相比以前的实验，综合性更强。在搭建电路时最 好先初步检测元件的功能是否完好，这样在后期调试电路时能节省很多时间，否 则在电路搭建好后再查错相对要困难很多。 其是电阻的选取不可马虎，相差数量 级会导致不能实现电路所需的功能。 电路连接的时候也要尽量布局合适， 不要过 于拥挤，导线的使用要谨慎，各元器件之间不能有交叉和短接的现象出现。 注意 三极管的以及二极管的连接，尤其注意电解电容的正负极！

通过本次实验，我对 AGC电路有了初步的认识。在设计、搭建电路的同时， 提高了综合运用的能力，对所学知识又有了新的理解与认识

。通过了这么长时

间的实验，我学会了电子测量和电子电路实验中使用的一些基本元件和一些基本 的测量方法，例如面包板、示波器、万用表、晶体管毫伏表、函数信号发生器的 使用方法，还有常用元器件如电阻、电容、电感的标称值读数，以及电阻，电容， 二级管，三极管好坏的检测。

总之这次综合实验让我复习了理论知识， 同时也积累的许多实验经验，使我 受益良多。

十.原理图

电路图

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十一.所用元器件及测试仪表清单

实验元件

面包板（1个） 三极管（8050五个，8550 —个） 二极管（1N4148两个） 电阻若干 电解电容若干 瓷片电容若干 导线 实验仪器

仪器名称 直流稳压电源 函数信号发生器 示波器 交流毫伏表 万用表 用途 提供直流电压 提供输入小信号 显示波形 测量输入输出信号有效 值 测量各元件 十二•参考文献

1. 电子电路综合设计实验教程，北京：北京邮电大学电路中心 2. 林家儒，电子电路基础，北京：北京邮电大学出版社 3. 部分网络资料