自动增益控制(AGC)电路的设计【大学本科数电模电课程设计】

《数字电子技术》研究性教学论文

目 录

摘要

引言

1.自动增益控制概念及原理

1.1自动增益控制的应用背景与基本概念

1.2自动增益控制的原理

2. 自动增益控制电路设计

2.1模拟电路实现AGC

2.1.1 D/A构成数字控制增益可调放大器进而实现AGC

2.1.2 插入可控衰减器来改变整个放大器增益法

2.2数字电路实现AGC

2.2.1 AGC电压调节放大器的参量法

2.2.2 D/A用作数控衰减器进而实现AGC

3. 模拟电路实现AGC部分方案电路仿真与分析

3.1模拟AGC方案一仿真(结型场效应管工作在可变电阻区)

3.2模拟AGC方案二仿真(利用AD603可变增益放大器实现自动增益控制)

3.3方案一与方案二的评估

4. 结论

4.1模拟AGC电路

4.2数字AGC电路

4.3模拟AGC电路与数字AGC电路的比较

4.4自动增益控制(AGC)电路的应用

4.5个人收获

参考文献

自动增益控制电路的设计

摘 要:自动增益控制电路是在输入信号幅度变化较大时模电课程设计,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电路模电课程设计,简称为AGC电路。自动增益控制(AGC)电路是无线电接收设备中的重要电路,用来保证接收幅度的稳定,已广泛用于各种接收机、录音机和信号采集系统中,另外在光纤通信、微波通信、卫星通信等通信系统以及雷达、广播电视系统中也得到了广泛的应用。本文主要研究了自动增益控制电路原理,从模拟AGC、数字AGC两大类讨论了AGC电路的设计与实现,并对部分模拟电路实现AGC的方案进行了仿真与分析。

关键词:自动增益控制 场效应管 运算放大器 A/D转换器 D/A转换器

The Design of Automatic gain control circuit

Abstract:The Automatic Gain Control circuit, abbreviated AGC, is one special circuit. It can make the output signal amplitude constant or limit its change in a very small range, when the input signal amplitude changes. The Automatic Gain Control (AGC) circuit is an important circuit in the radio receiving equipment, and is used to ensure the stability of the receiver amplitude. Now it has been widely used in all kinds of receivers, tape recorders and signal gathering systems, and also has been used in communications system radar, the broadcast television system as well as optical fiber communications, microwave communications and satellite communications in recent times. This paper mainly studies the theory of the AGC circuit, discusses two different AGC circuits, analog AGC along with digital AGC, and finally gives the simulation and analysis to part of the analog AGC circuits.

Key words:Automatic Gain Control FET Operational Amplifier Analog-to-Digital Converter Digital -to- Analog Converter

引言

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。自动增益控制电路,简称AGC电路,A即AUTO(自动),G即GAIN(增益),C即CONTROL(控制)。AGC是输出限幅装置的一种,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,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,使得接收机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发生饱和或堵塞。在电路设计中,这种电路被大量的运用,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。目前,实现自动增益控制的手段有很多,在本文中,我主要从模拟AGC、数字AGC两大类讨论了AGC电路的实现,其中模拟AGC的实现有两种方法,一种是用AGC电压去调节放大器的参量,进而调节放大增益倍数;另一种是插入可控衰减器来改变整个放大器的增益;数字电路实现AGC部分我介绍了两种方法:D/A构成数字控制增益可调放大器或D/A用作数控衰减器配合相应的A/D转换器及微处理器实现AGC。

1.自动增益控制概念及原理

1.1自动增益控制的应用背景与基本概念

接收机的输出信号取决于输入信号和接收机的增益。由于各种原因,接收机的输入信号变化范围往往很大,信号弱时可以是一微伏或几十微伏,信号强时可达几百毫伏,最强信号和最弱信号相差可达几十分贝。这个变化范围称为接收机的动态范围。

影响接收机输入信号的因素很多,例如:发射台功率的大小、接收机离发射台距离的远近、信号在传播过程中传播条件的变化(如电离层和对流层的骚动、天气的变化)、接收机环境的变化(如汽车上配备的接收机),以及人为产生的噪声对接收机的影响等。

为了防止强信号引起的过载,需要增大接收机的动态范围,这就要有增益控制电路。能够使放大电路的增益自动地随信号强度而调整的控制电路,简称自动增益控制AGC (Automatic Gain Control)电路,它能够在输入信号幅度变化很大的情况下,使输出信号幅度保持恒定或仅在较小范围内变化,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。

现在,AGC电路已广泛用于各种接收机、录音机和信号采集系统中,并且在光纤通信、微波通信、卫星通信等通信系统以及雷达、广播电视系统中也得到了广泛的应用。

AGC电路目前概括起来有模拟AGC和数字AGC电路。AGC环路可以放在模拟与数字电路之间,增益控制算法在数字部分来实现,合适的增益设置反馈给模拟可变增益放大器(VGA)。现在的自动增益控制方法可以分为以下3类:基于电路反馈的自动增益控制;基于光路反馈的自动增益控制;光路反馈和电路反馈相结合的自动增益控制。本文中研究的是基于电路反馈,利用放大器或A/D、D/A实现的自动增益控制。

1.2自动增益控制的原理

自动增益控制电路的作用是: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。简单来说就是当输入信号很弱时,接收机的增益较大;当输入信号很强时,自动增益控制电路进行控制,使接收机的增益变小。这样,当接收信号强度变化时,接收机的输出端的信号基本不变或保持恒定。

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或二进制数字量,利用这个信号(数字量)对放大器的增益自动进行控制。本文模拟AGC电路部分设计、讨论的AGC电路的基本原理是随着输入信号幅度的变化产生一个相应变化的直流电压(AGC电压),利用这一电压去控制一种可变增益放大器的放大倍数(或者控制一种可变衰减电路的衰减量):当输入信号幅度较大时AGC电压控制可变增益放大器的放大倍数减小(或者增大可变衰减电路衰减量),当输入信号幅度较小时AGC电压控制可变增益放大器的放大倍数增加(或者减小可变衰减电路衰减量)。数字AGC电路部分设计电路的基本思想是通过A/D转换器获取输出电压大小,通过(微处理器)处理得到二进制控制字,再通过二进制控制字来调节相应的数字控制增益可调放大器的放大倍数或数控衰减器的衰减倍数,从而达到自动增益控制。模拟AGC和数字AGC电路均采用闭环控制来达到自动增益控制的目的。

2. 自动增益控制电路设计

2.1 模拟电路实现AGC

实现模拟自动增益控制(AGC)的框图如图2.1所示。

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图2.1 自动增益控制(AGC)电路原理框图

模拟电路自动增益控制(AGC)的方法主要有两种:一种是用AGC电压去调节放大器的参量,进而调节放大增益倍数;另一种是插入可控衰减器来改变整个放大器的增益。

2.1.1 AGC电压调节放大器的参量法

(1)方案一

利用结型场效应管工作在可变电阻区,通过改变场效应管源漏极间的电阻来控制运算放大器的放大倍数,进而实现自动增益控制。

电路原理图如图2.2所示。

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图2.2 结型场效应管工作在可变电阻区实现AGC电路原理图

原理图中,输入信号经电阻 R1送往运放F1的同相输入端,二极管VD对运放A1的输出信号整流后,经过一个π形滤波电路得到一个负向的 AGC 电压,这一电压经运放A2 放大后送往场效应管2N3821的栅极。

1)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A2输出较大的负压至场效应管2N3821的栅极,增大了场效应管 2N3821 的源漏极间的电阻,从而减小了运放A1的放大倍数。输入信号的幅度进一步加大时,场效应管 2N3821 的源漏极间的电阻也会进一步加大,使运放A1的放大倍数进一步减小;直至场效应管 2N3821 的源漏极被完全夹断,这时运放A1失去放大能力成了电压跟随器。

2)反之,当输入信号的幅值较小时,AGC 电压也很小,运放A2输出AGC电压也较小,场效应管2N3821的源漏极问的电阻很低,使运放Al得到较大的放大倍数,从而在A1 的输出端可以得到幅值较大的信号。

我仿真实验时,A1、A2采用了双运放电路LM358AD ,使用-12V 和 +12V 双电源供电,并采用了图中所示的元件参数搭建了电路。仿真实验发现,当输入信号由 20mV 逐渐增加到 100mV 时,运放A1的输出信号都能基本稳定在 660mV 。

该方案优点是电路比较简单,易于实现;缺点是能够实现AGC功能的输入信号电压幅值范围比较窄,增益动态范围较小,高频响应差,场效应管工作在非线性的可变电阻区,线性差。该方案适合作为学生模电实验课的实验电路。

(2)方案二

采用AD603可变增益放大器结合简单的AGC控制电路来实现自动增益控制,具有很好的效果。

电路原理图及仿真原理图分别如图2.3,图2.4所示。

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图2.3 利用AD603可变增益放大器实现AGC电路原理图

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图2.4 利用AD603可变增益放大器实现AGC电路仿真电路图

原理分析:经两级AD603放大后的信号,一路由J2输出,另一路则由C10输入到三极管2SC1815用于AGC检波。三极管的发射极PN结完成AGC检波,并由集电极经电容CAGC滤波后送出AGC控制电压VAGC。

1)输入信号增大时,三极管的基极瞬时电流也增大,相应的集电极电流也跟着增大,从而R7两端的瞬时压降也增大,则集电极瞬时电压减小,经滤波后得到的VAGC也相应减小。反馈到输入端1,2,经过自动增益调解减小增益,使输出稳定;

2)反之,输入信号减小时,VAGC则会增大,即VAGC与输入信号的强度成反比,符合AGC电压反向控制要求。

通过仿真实验我们发现,当输入信号在30mV 至 150mV 区间内,能够实现AGC功能;分析信号的频率影响发现,该电路具有较好的频率响应。

方案二的优点是采用单电源供电,而且输入信号电压范围宽,放大噪声低,频率响应好,动态范围大,输出电压稳定性好,是现在短波数字通信系统中接收机常用的AGC电路。它的缺点是电路相对来说较为复杂,特高频下性能指标有所下降。

2.1.2 插入可控衰减器来改变整个放大器增益法

利用二极管D的变阻特性与电阻R构成分压器,通过VAGC来控制rd,从而调节分压比的大小,可以构成简单的电控衰减器。电路原理图如图2.5。

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电控衰减器(a)

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电控衰减器(b)

图2.5 电控衰减器电路原理图

将电控衰减器插入两级放大器之间,就构成了一个传输系数可控的级间耦合电路,可改变整个放大器的增益。框图如图2.6。

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图2.6 电控衰减器构成AGC电路框图

关于电控衰减器中二极管的选取,说明如下:普通二极管由于结电容的影响,对高频分量有旁路作用,使得电控衰减器的频率特性较差,所以应选用结电容很小的PIN管来代替普通二极管作可控器件。PIN管的作用与普通二极管相同,但是结构有些差别:PIN管是在中掺杂的P型与N型半导体间插入一层本征半导体,这样它的结电容极小。一般情况下,当通过PIN管的正向电流在几毫安内变化时,其导通电阻的变化范围约在10kΩ~10Ω,且频率特性很好。

插入可控衰减器来改变整个放大器增益实现AGC电路的方案,优点是电路结够比较简单,选用PIN管作可控器件时频率特性很好;缺点是电控衰减器能够实现的衰减倍数有限,增益动态范围较小,二级管工作在非线性区,线性较差。该方案可考虑作为学生模电实验课的实验电路。

2.2 数字电路实现AGC

数字电路实现自动增益控制的主要思想与模拟电路AGC相似,区别在于数字电路AGC一般将模拟信号通过A/D转换器转换为数字信号进行处理,数字量可送单片机等微处理器进行运算,这里能够运用一些较好的算法(如PID算法)进一步提高自动增益控制的性能。下面介绍两种数字AGC电路。

2.2.1 D/A构成数字控制增益可调放大器进而实现AGC

利用D/A转换器构建数字控制增益可调放大器,通过将输出模拟电压由A/D转换器转换为数字量作为D/A转换器构建的数字控制增益可调放大器的控制数。(1)当输出模拟电压值较大时,A/D转换得到的数字量的值相应较大,较大的二进制控制数输入数字控制增益可调放大器使得其放大倍数较小;(2)反之,当输出模拟电压值较小时,A/D转换得到的数字量的值相应较小,较小的二进制控制数输入数字控制增益可调放大器使得其放大倍数较大,从而实现了自动增益控制,使得输出电压在一个适中的幅值。电路原理图如图2.7。

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图2.7 数字控制增益可调放大器实现AGC电路原理图

A/D转换器转换所得的数字量还可送单片机(或其他微处理器)进行各种运算处理,这个过程中可以加入控制算法,提高自动增益控制电路的性能指标。

下面具体分析一下数字控制增益可调放大器的原理。

由D/A转换器和运算放大器构成数字控制增益可调放大器电路的运算放大器A3的输出UO和u2相等,且相位反相。

DAC0832是8位数字量输入,倒T电阻网络的输出电压与参考电压之间的关系为

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(1)式

将u2代入UREF,ui代入uO,得到

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(2)式

整理上式得

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(3)式

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(4)式

当输入数字量分别为16进制数01H和FFH时,电压增益 分别为:

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经过上面的分析:当输入数字控制增益可调放大器的二进制控制数较小时,其对应的放大倍数较大;当输入数字控制增益可调放大器的二进制控制数较大时,其对应的放大倍数较小与前面的分析相符,满足实现AGC的要求。

从上面的分析我们还可以看到,当使用8位D/A转换器构成数字控制增益可调放大器是其增益动态范围较小为0~50dB(1至512倍);当采用较高位数的D/A转换器时,可以拓宽其增益动态范围,如采用12位D/A转换器DAC1210,我们可得到的增益动态范围可达到0~70dB(1至4096倍)。当D/A转换器的位数进一步提高时,可以获得更大的增益动态范围,但是相应的成本将明显增加。

该方案的优点是,使用位数较高的D/A转换器时可获得较宽的增益动态范围,另外A/D转换器转换所得的数字量还可送微处理器处理,可以加入控制算法,提高自动增益控制电路的性能指标,达到较高的精度;缺点是D/A转换器位数较高时成本明显增加,且使用数字芯片时数字低与模拟地共地,可能带来高频噪声,影响输出的模拟电压。

2.2.2 D/A用作数控衰减器进而实现AGC

如图2.8所示,R-2R网络型DAC转换器的核心是一个R-2R 电阻网络。

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图2.8 DAC转换器内部R-2R电阻网络示意图

下面以12位D/A转换器为例分析DAC和外部运放一起工作实现数控衰减器的原理。电路原理图如图2.9所示。

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图2.9 D/A转换器与外部运放构成数控衰减器原理图

(1)12 个选通开关由12位二进制数控制,使得2R的下端接入Iout1(蓝线)或者Iout2(红线);

(2)外部运放的 Vin+接地,这时所以红色的线都接地;

(3)应用运放的“虚短”理论,理想运放工作在线性状态下时,Vin-和Vin+的电压相等。最右边的两个2R相当于并联,阻值等于R,这个等效电阻R 会与红圈圈出的R 串联,形成一个2R 的等效电阻,这个2R 等效电阻会与右边第三个2R 并联……,以此类推,最后,从UREF端看进去,整个R-2R电阻网络的阻值为恒定的R;

(4)我们可以得到,流入UREF端的恒定的总电流为ITOTAL=UREF/R;

(5)ITOTAL在整个R-2R 电阻网络中的2R 支路上被分流,流入每个开关的支路电流大小为:ITOTAL / 2n, 对于12 位的DAC来说,n = 1~12。MSB位的开关上的流过的电流最大,为ITOTAL / 2,以后每个开关上的电流为流过前一个2R电流的1/2;

(6)每一路2R上的电流,由二进制数控制开关选通,决定是流入Vin-还是Vin+,流入Vin-的电流总和,对于DAC来说,将为ITOTAL ╳ CODE/4096 = (UREF/R)╳(CODE/4096)。

这里CODE 即为写入DAC的二进制控制字的值;

(7)Vin+是接地的,流入Vin+的电流对输出信号没有贡献,对于流入Vin-的电流,由运放的“虚断”理论(理想运放工作在线性放大状态时,流入Vin-或Vin+的电流总和为0,即没有电流进入Vin-或Vin+)可知,流入Vin-的电流将等于运放的输出电压Uout在反馈电阻RFB产生的电流,方向相反即:-Uout/RFB = (UREF /R)╳(CODE/4096);

(8)当DAC内部的反馈电阻RFB做到和R相等时,最终得到:

Uout = UREF╳CODE/4096

这就是一个数(程)控衰减器,其衰减动态范围为0~-70dB(1至1/4096)。当然,提高ADC的位数可以增大增益衰减的动态范围。

以2012年北京市电子设计竞赛的AGC电路设计题目为例,可以先通过两级(或一级)放大将输入信号放大较高的倍数,由运算放大器实现;将放大后信号送入DAC构成的数控衰减器,衰减器输出模拟信号再通过A/D转换送单片机判断处理;(与某一中值比较)当输出电压较大时,单片机输出较小值的二进制控制字CODE,增大数控衰减器的衰减量;当输出电压较小时,单片机输出较大值的二进制控制字CODE,减小数控衰减器的衰减量,从而实现自动增益控制。

整个系统框图如图2.10所示。

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图2.10 D/A用作数控衰减器实现AGC原理框图

与2.2.1方案的优缺点类似,该方案的优点是,使用位数较高的D/A转换器时可获得较宽的增益衰减动态范围,另外A/D转换器转换所得的数字量经微处理器处理时,可以采用PID等控制算法,提高自动增益控制电路的性能指标,达到较高的精度;缺点是D/A转换器位数较高时成本明显增加,且使用数字芯片时数字低与模拟地共地,可能带来高频噪声,影响输出的模拟电压且要求前级放大倍数较大,要求放大后所得信号要大于等于输出期望电压值。

与2.2.1方案相比该方案必须采用单片机处理,不能将A/D转换器所得数字量直接送给数控衰减器模电课程设计

3. 模拟电路实现AGC部分方案电路仿真与分析

3.1模拟AGC方案一仿真(结型场效应管工作在可变电阻区)

仿真电路图如下图3.1。

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图3.1 结型场效应管工作在可变电阻区实现AGC仿真电路图

(1)输入30mV时,输出为659mV,波形如图3.2所示。

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图3.2 输入30mV时,输出659mV波形图

AGC电压放大后波形如下图3.4所示。

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图3.4 AGC电压放大后波形图

(2)输入70mV时,输出为653mV,波形如下图3.5所示。

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图3.5 输入70mV时,输出653mV波形图

AGC电压放大后波形如下图3.7所示。

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图3.7 AGC电压放大后波形图

当输入信号在20~100mV时,输出稳定在660mV左右;当输入信号大于120mV时,场效应管 2N3821 的源漏极被完全夹断,这时运放A1失去放大能力成了电压跟随器。分析信号的频率响应发现,在输入信号频率大于100Hz小于10kHz时,能够较好的实现AGC。

综上,该电路能够较好地实现音频信号的AGC功能。

3.2模拟AGC方案二仿真(利用AD603可变增益放大器实现自动增益控制)

仿真电路图如下图3.8。

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图3.8 利用AD603可变增益放大器实现自动增益控制仿真电路图

(1)输入余弦信号Vpp为150mv时,输出信号波形如下图3.9所示。

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图3.9 输入余弦信号Vpp为150mv时,输出信号波形图

AGC电压波形如下图3.10所示。

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图3.10 AGC电压波形图

(2)输入余弦信号Vpp为30mv时,输出信号波形如下图3.11所示。

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图3.11 输入余弦信号Vpp为30mv时,输出信号波形图

AGC电压波形如下图3.12所示。

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图3.12 AGC电压波形图

对比150mv输入,AGC电压增大,输出电压基本不变,符合自动增益调节的要求。

(3)当输入电压有效值在10mV~170mV间变化时,可以实现输出电压的基本稳定。分析信号的频率响应发现,在较宽的频率范围内(约为50Hz至20kHz)该电路都能能够较好的实现AGC功能。

3.3方案一与方案二的评估

方案一是利用结型场效应管工作在可变电阻区,通过改变场效应管源漏极间的电阻来控制运算放大器的放大倍数,进而实现自动增益控制,其优点是电路比较简单,易于实现。该方案的主要性能指标如下,能够实现AGC功能的输入信号电压幅值范围约为20~100mV;增益动态范围约为16~30dB;高频响应差,当信号频率大于20kHz时,波形失真严重。由此可见该方案缺点为能够实现AGC功能的输入信号电压幅值范围比较窄,增益动态范围较小,高频响应差,另外由于场效应管工作在非线性的可变电阻区,所以线性度差。综合以上分析,该方案的实用性不强,但由于电路简单,成本低适合作为模拟电子技术电实验课的实验电路。

方案二是采用AD603可变增益放大器结合简单的控制电路来实现自动增益控制,其优点是采用单电源供电,而且输入信号电压范围宽;增益动态范围大,可高达70dB(-16~54dB);频率响应好,频带宽度约为90MHz,在较高频率(几十兆赫兹)下,输出波形仍不失真;放大噪声低,输出电压稳定性好。该方案的缺点是电路相对来说较为复杂,成本较为昂贵,且在特高频下,电路的上述性能指标会有明显的下降。综合以上分析,方案二在性能方面远优于方案一,有较强的实用性,适合作为短波通信系统中接收机的AGC电路。

4. 结论

4.1模拟AGC电路

模拟电路自动增益控制(AGC)的方法主要有两种:一种是用AGC电压去调节放大器的参量,进而调节放大增益倍数;另一种是插入可控衰减器来改变整个放大器的增益。方法一中的两种方案各有优缺点:方案一——利用结型场效应管工作在可变电阻区,通过改变场效应管源漏极间的电阻来控制运算放大器的放大倍数,进而实现自动增益控制的优点是电路比较简单,易于实现,缺点是能够实现AGC功能的输入信号电压幅值范围比较窄,增益动态范围较小,高频响应差,场效应管工作在非线性的可变电阻区线性差;方案二——采用AD603可变增益放大器结合简单的控制电路来实现自动增益控制的优点是采用单电源供电,而且输入信号电压范围宽,放大噪声低,频率响应好,动态范围较大,输出电压稳定性好,它的缺点是电路相对来说较为复杂,特高频下性能指标会有所下降。方法二是插入可控衰减器来改变整个放大器的增益,它的优点是电路结够比较简单,选用PIN管作可控器件时频率特性很好;缺点是电控衰减器能够实现的衰减倍数有限,增益动态范围较小,二级管工作在非线性区,线性较差。

4.2数字AGC电路

数字电路实现AGC部分我介绍了两种方法:D/A构成数字控制增益可调放大器或D/A用作数控衰减器配合相应的A/D转换器及微处理器实现AGC。两种方法的优缺点相似,它们共同的优点是,使用位数较高的D/A转换器时可获得较宽的增益动态范围,另外A/D转换器转换所得的数字量可送微处理器处理,,可以加入控制算法,提高自动增益控制电路的性能指标,能够达到较高的精度;缺点是D/A转换器位数较高时成本明显增加,且使用数字芯片时数字低与模拟地共地,可能带来高频噪声,影响输出的模拟电压。两种方法的不同点在于D/A用作数控衰减器时要求前级放大倍数较大,要求前级放大后所得电压值要大于等于输出期望电压值,且A/D转换器转换所得的数字量必须采用单片机处理,不能将A/D转换器所得数字量直接送给数控衰减器,而D/A构成数字控制增益可调放大器的方法可不经单片机处理,数字量直接送数字控制增益可调放大器。

4.3模拟AGC电路与数字AGC电路的比较

本文中所设计的模拟AGC电路与数字AGC电路的共同点是均需采用闭环控制来达到自动增益控制的目的,即输出电压要反馈回放大器(或衰减器)。

相比数字AGC电路,模拟AGC电路的优点是电路比较简单,易于实现,成本相对较低,采用高性能运放时能够实现较低的放大噪声,较好的频率响应,较宽的动态范围较大,且输出无高频噪声;它的缺点是电路部分元件(如场效应管、二极管)工作在非线性区,运放性能的好坏对AGC系统的性能影响会很大,由于增益带宽积的限制在特高频下AGC的性能指标会下降。另外由于二极管存在一致性较差和对温度变化较为敏感等缺点,使得AGC电路的调试显得较为复杂,容易产生振荡。若采用VGA可变增益放大器,则AGC系统在级联的时候噪声性能较差,容易产生不可减误码。

数字AGC电路的优点是采用位数较高的D/A转换器时可获得很宽的增益动态范围,系统反馈环节A/D转换器转换所得的数字量可送微处理器处理,可以加入控制算法,提高自动增益控制电路的性能指标,能够达到较高的精度(高于模拟AGC电路);它的缺点是采用较高位数的D/A转换器时成本明显增加,使用数字芯片时数字低与模拟地共地,可能带来高频噪声,影响前级放大器和输出模拟电压。

4.4自动增益控制(AGC)电路的应用

由于各种原因的影响,如:发射台功率的大小、接收机离发射台距离的远近、信号在传播过程中传播条件的变化(电离层和对流层的骚动、天气的变化)、接收机环境的变化(如汽车上配备的接收机),以及人为产生的噪声对接收机的影响,信号接收机的输入信号变化范围往往很大,信号弱时可以是一微伏或几十微伏,信号强时可达几百毫伏,最强信号和最弱信号相差可达几十甚至上百分贝。这就要求增大接收机的动态范围,需要有增益控制电路。自动增益控制AGC电路,就能够完成上述功能,即能使放大电路的增益大小自动地随信号强度而调整,它能够在输入信号幅度变化很大的情况下,使输出信号幅度保持恒定或仅在较小范围内变化,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,AGC电路被大量的运用,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。现在,AGC电路已广泛用于各种接收机、录音机和信号采集系统中,并且在光纤通信、微波通信、卫星通信等通信系统以及雷达、广播电视系统中也得到了广泛的应用。

本文中模拟AGC电路中方法一里的方案一,利用结型场效应管工作在可变电阻区,通过改变场效应管源漏极间的电阻来控制运算放大器的放大倍数,进而实现自动增益控制的电路方案,电路简单但增益动态范围较小,仅适合与作为模电实验课的实验电路;方案二,采用AD603可变增益放大器结合简单的控制电路来实现自动增益控制的电路方案,增益动态范围大,输出电压稳定性好,是现在短波数字通信系统中接收机常用的AGC电路。数字AGC电路部分的方案二,提到了将模拟电路、数字电路与单片机相结合,完成自动增益控制的功能,这是电子设计类竞赛中常见的题型,也是我们应该加强锻炼的方面。

4.5个人收获

通过查阅很多的相关文献资料,结合模拟电子技术基础与数字电子技术基础中学到的知识,我完成了本次研究性教学论文——自动增益控制(AGC)电路的设计。在整个过程中,我从AGC的概念开始一步步深入,通过相关文献了解各种AGC电路的实现方案,并结合所学过的模拟电子技术与数字电子技术知识设计出简单的AGC电路。整个设计过程,巩固和提升了我在模拟电子技术、数字电子技术中所学到的知识,尤其是巩固了模拟电子技术中二极管、结型场效应管、运算放大器等相关的知识点,以及数字电子技术中A/D转换器、D/A转换器的相关知识点,锻炼了我将模拟电路与数字电路相结合来设计电路,实现特定功能的能力,进而培养了我系统地分析与设计电路的能力。模拟电路、数字电路在很多情况下要与微处理器配合,共同完成指定的功能,这是电子设计类竞赛中常见的题型,也是我们应该加强锻炼的方面,所以本文中在数字AGC部分方案中,提到了用单片机来运算、处理A/D转换器转换所得的数据以提高AGC系统的精确度、增益动态范围等性能指标。

诚然,本文还存在一些缺陷,如本文中的数字AGC仍需配合一定的模拟电路才能实现自动增益控制的功能,通过查阅相关文献,我已经了解到可以仅由数字电路来实现自动增益控制,即所谓的全数字AGC电路,有待改进。

参考文献

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