1、 武漢理工大學(xué)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說明書 1.緒論1.1自動(dòng)增益控制簡介 使放大電路的增益自動(dòng)地隨信號(hào)強(qiáng)度而調(diào)整的自動(dòng)控制方法。實(shí)現(xiàn)這種功能的電路簡稱AGC環(huán)。AGC環(huán)是閉環(huán)電子電路，是一個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)，它可以分成增益受控放大電路和控制電壓形成電路兩部分。增益受控放大電路位于正向放大通路，其增益隨控制電壓而改變。控制電壓形成電路的基本部件是AGC 檢波器和低通平滑濾波器，有時(shí)也包含門電路和直流放大器等部件。放大電路的輸出信號(hào)u0 經(jīng)檢波并經(jīng)濾波器濾除低頻調(diào)制分量和噪聲后，產(chǎn)生用以控制增益受控放大器的電壓uc 。當(dāng)輸入信號(hào)ui增大時(shí)，u0和uc亦隨之增大。 uc 增大使放大電路的增益下降，從而

2、使輸出信號(hào)的變化量顯著小于輸入信號(hào)的變化量，達(dá)到自動(dòng)增益控制的目的。放大電路增益的控制方法有：改變晶體管的直流工作狀態(tài)，以改變晶體管的電流放大系數(shù)。在放大器各級(jí)間插入電控衰減器。用電控可變電阻作放大器負(fù)載等。AGC電路廣泛用于各種接收機(jī)、 錄音機(jī)和測量儀器中，它常被用來使系統(tǒng)的輸出電平保持在一定范圍內(nèi)，因 而也稱自動(dòng)電平控制； 用于話音放大器或收音機(jī)時(shí)，稱為自動(dòng)音量控制器。AGC有兩種控制方式：一種是利用增加AGC電壓的方式來減小增益的方式叫正向AGC，一種是利用減小AGC電壓的方式來減小增益的方式叫反向AGC .正向AGC 控制能力強(qiáng)，所需控制功率大被控放大級(jí)工作點(diǎn)變動(dòng)范圍大，放大器兩端阻抗

3、變化也大；反向AGC所需控制功率小，控制范圍也小。AGCAutomatic Gain Control的縮寫。所有攝象機(jī)都有一個(gè)將來自CCD的信號(hào)放大到可以使用水準(zhǔn)的視頻放大器，其放大量即增益，等效于有較高的靈敏度，可使其在微光下靈敏，然而在亮光照的環(huán)境中放大器將過載，使視頻信號(hào)畸變。為此，需利用攝象機(jī)的自動(dòng)增益控制（AGC）電路去探測視頻信號(hào)的電平，適時(shí)地開關(guān)AGC，從而使攝象機(jī)能夠在較大的光照范圍內(nèi)工作，此即動(dòng)態(tài)范圍，即在低照度時(shí)自動(dòng)增加攝象機(jī)的靈敏度，從而提高圖像信號(hào)的強(qiáng)度來獲得清晰的圖像。具有AGC功能的攝像機(jī)，在低照度時(shí)的靈敏度會(huì)有所提高，但此時(shí)的噪點(diǎn)也會(huì)比較明顯。這是由于信號(hào)和噪聲被

4、同時(shí)放大的緣故。 1.2設(shè)計(jì)目的 加深對模擬電路、數(shù)字邏輯電路、通信電子線路等相關(guān)課程理論知識(shí)的理解與工程實(shí)際運(yùn)用，掌握電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法和一般規(guī)則，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和綜合應(yīng)用能力，要求學(xué)生完成一個(gè)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全過程：選題-方案論證-電路設(shè)計(jì)-電路實(shí)現(xiàn)-安裝調(diào)試-系統(tǒng)測試-總結(jié)報(bào)告。1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容1.查閱資料，確定設(shè)計(jì)任務(wù)的設(shè)計(jì)方案；2.設(shè)計(jì)電路，進(jìn)行參數(shù)計(jì)算；3.用ptoteus軟件進(jìn)行仿真；4.電路的安裝、調(diào)試與測試；5.寫出設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。1.4設(shè)計(jì)要求 輸入信號(hào)為01V時(shí)，放大3倍；為1V2V時(shí)，放大2倍；為2V3V時(shí)，放大1倍；3V以上放大0.5倍 ；自制直流電源。2.系統(tǒng)

5、總體設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)方案1.設(shè)計(jì)方案：將設(shè)計(jì)電路分為三塊，即：電壓比較電路，增益選擇電路，放大電路。電壓比較電路：通過電壓比較器將輸入電壓（vi）與既設(shè)定的比較范圍比較，確定其放 大倍數(shù)； 增益選擇電路：根據(jù)譯碼器和模擬開關(guān)的邏輯功能對反饋電阻進(jìn)得到不同的反饋電阻；放大電路：由一般運(yùn)放構(gòu)成的負(fù)反饋放大電路。2.1電路流程圖 電壓比較器輸 入 信 號(hào) 模擬開關(guān) 反饋電阻 輸出信號(hào) 運(yùn)放 電路流程(圖1) 3硬件設(shè)計(jì)3.1電壓比較電路3.1.1電路參數(shù) 電壓比較電路的工作原理：當(dāng)反向輸入端的電壓值大于同向輸入端的電壓值時(shí)，電壓比較器輸出為VCC(+12V)，反之則為VEE(-12V)。在數(shù)字電路中，

6、大于0V的電壓都認(rèn)為是高電平1，相反為0。這里選擇的都是1K的電位器，用于選擇比較器的閾值電壓。選定的閾值電壓分別為1V、2V、3V。電壓比較器的存在使得信號(hào)從模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，進(jìn)而加以運(yùn)算。3.1.2電路原理圖 電壓比較電路（圖2）3.2.增益選擇電路3.2.1電路參數(shù)這里用來選擇電路的是模擬開關(guān)CD4051。CD4051是單8通道數(shù)字控制模擬電子開關(guān)，有三個(gè)二進(jìn)控制輸入端A、B、C和INH輸入，具有低導(dǎo)通阻抗和很低的截止漏電流。幅值為4.520V的數(shù)字信號(hào)可控制峰值至20V的模擬信號(hào)。例如，若VDD+5V，VSS0，VEE-13.5V，則05V的數(shù)字信號(hào)可控制-13.54.5V的模擬信號(hào)

7、。這些開關(guān)電路在整個(gè)VDD-VSS和VDD-VEE電源范圍內(nèi)具有極低的靜態(tài)功耗，與控制信號(hào)的邏輯狀態(tài)無關(guān)。當(dāng)INH輸入端“1”時(shí)，所有的通道截止。三位二進(jìn)制信號(hào)選通8通道中的一通道，可連接該輸入端至輸出。3.2.2電路原理圖 增益選擇電路（圖3）本實(shí)驗(yàn)?zāi)M開關(guān)的工作情況：輸入信號(hào) A B C 導(dǎo)通的端口 放大效果01V 1 1 1 4（X7） 放大3倍12V 1 1 0 12（X3） 放大2倍23V 1 0 0 14（X1） 放大1倍>=3V 0 0 0 13（X0） 放大0.5倍 本實(shí)驗(yàn)?zāi)M開關(guān)的工作表（表1）3.3放大電路3.3.1電路參數(shù) 本實(shí)驗(yàn)所用的放大電路為LM324加負(fù)反饋的

8、放大電路，Vo=-Rf/R1*Vi。R1=1K歐，Rf用的是5K歐的電位器（由于調(diào)試時(shí)，放大3倍的效果不明顯，所以在其電位器旁有串聯(lián)了一個(gè)4.7K歐的電阻。另外，為了不使其輸出電壓為負(fù)值，又加了一個(gè)放大倍數(shù)為-1的放大器。3.3.2電路原理圖 放大電路圖（4-1） 放大電路圖（4-2）3.4系統(tǒng)總體電路 系統(tǒng)總體電路（圖5） 4.仿真仿真時(shí)，我分別輸入了0.5V，1.5V，2.5V和4V四個(gè)信號(hào)，經(jīng)過調(diào)節(jié)反饋電阻，輸出結(jié)果分別如圖所示： 仿真（圖6-1） 仿真（圖6-2） 仿真（圖6-3） 仿真（圖6-4）由上面四幅圖可以看出，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的倍數(shù)關(guān)系與設(shè)計(jì)要求相符，所以仿真成功。5.

9、所需元件 元件 數(shù)量 +12V直流穩(wěn)壓電源 1 電位器（1K） 3 電位器（5K） 4 LM324 2 CD4051 1 1K電阻 1 10K電阻 2 4.7K電阻 1 所需元件表（表2）自制直流穩(wěn)壓電源電路圖如下： 自制直流穩(wěn)壓電源電路（圖7）6.實(shí)物測試 實(shí)物測試時(shí)，發(fā)現(xiàn)放大3倍時(shí)，即使電位器調(diào)至最大，也無法達(dá)到三倍，經(jīng)分析為反饋電阻太小，因而有串聯(lián)了一個(gè)4.7K的電阻。接著分別調(diào)節(jié)變阻器，使放大倍數(shù)逐漸符合題目要求。下表為調(diào)節(jié)成功后所測量的數(shù)據(jù)： 輸入信號(hào) 放大倍數(shù) 理論輸出信號(hào) 實(shí)際輸出信號(hào) 誤差 0.56V 3 1.68V 1.61V 4.17% 0.74V 3 2.22V 2.18

10、V 1.80% 0.88V 3 2.64V 2.67V 1.14% 1.15V 2 2.30V 2.24V 2.61% 1.44V 2 2.88V 2.89V 0.35% 1.68V 2 3.36V 3.42V 1.79% 2.04V 1 2.04V 2.00V 1.96% 2.29V 1 2.29V 2.25V 1.75% 2.70V 1 2.70V 2.68V 0.74% 3.07V 0.5 1.535V 1.52V 0.98% 3.54V 0.5 1.77V 1.77V 0.00% 3.98V 0.5 1.99V 2.02V 1.51% 實(shí)物測試數(shù)據(jù)表（表3）7.總結(jié)方案設(shè)計(jì)中的不足以及

11、設(shè)計(jì)中遇到的問題：1、仿真觀察可知：直流時(shí)顯示的輸出電壓為負(fù)值，即運(yùn)算放大器和電阻組成的負(fù)反饋放大結(jié)構(gòu)獲得的增益為負(fù)值。可以在輸出電壓值的引線段加上一個(gè)增益為-1的運(yùn)放，使得輸出電壓與輸入電壓相位相同，使得增益為正值。2、直流放大中，在增益顯示的仿真結(jié)果有微小的誤差，然而在較大增益的顯示結(jié)果中就沒有誤差。誤差是普遍存在的，只是去修正電路使其誤差降到最小，但是自己還是沒有找到減小誤差的結(jié)果。后來自己查閱資料知道：同向輸入端直接接地與同向輸入端串聯(lián)一個(gè)電阻之后接地之間的確會(huì)存在誤差，但是對整個(gè)電路的功能不會(huì)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的影響。通過本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，充分感受到數(shù)字電路和模擬電路結(jié)合設(shè)計(jì)電路的過程。在電路設(shè)計(jì)中，通常可以把復(fù)雜的電路按原理和功能拆分為不同的板塊，在相對簡約方便的情況下選取設(shè)計(jì)方案，最后宏觀整合便得到了相應(yīng)功能的電路結(jié)構(gòu)。從總體方案構(gòu)思，再到分部設(shè)計(jì)，最后得出自己整個(gè)的方案。“紙上得來終覺淺，覺知此事要躬行”，這次課程設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了很多，不僅是鞏固了先前學(xué)的模電知識(shí)，而且也培養(yǎng)了我的動(dòng)手能力，更令我的創(chuàng)造性思維得到拓展。電子設(shè)計(jì)并不是簡單的依靠一門課的知識(shí)，而是多種知