黄河科技学院毕业设计说明书 第 6 页
目前，此电路已经广泛用于各种接收机、录音机和信号采集系统当中，另外在光纤通信、微波通信、卫星通信等通信系统及雷达、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，增益控制的算法在数字部分实现，合适的增益设置反馈给模拟可变增益放大器（VGA）。目前出现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。本文中将要研究的是基于电路反馈的利用放大器实现的自动增益控制。 3.2.2 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。具体的说，当输入信号很弱时，接收机的增益较大，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[7]。
利用单片机根据输出信号幅度调节增益。输出信号检波后经过简单2级RC滤波后由单片机采样，截止频率为100Hz。由于放大器通频带低端在1kHz，当工 作频率为1kHz时，为保证在增益变化时输出波形失真较小，将AGC响应时间设定为10ms，用单片机定时器0来产生10ms中断进行输出有效值采样，增益控制电压也经过滤波后加在可变增益放大器上。AGC控制范围理论上可达0～80dB，实际上由于输入端加了保护电路，在不同输出电压时AGC范围不一样，输出在4.5～5.5V时AGC范围约为70dB，而当输出为2V～2.5V时AGC范围可达80dB。
AGC电路工作原理：可以分为增益受控放大电路和控制电压形成电路。增益受控放大电路位于正向放大通路，其增益随控制电压U0而改变。控制电压形成电路的基本部件是AGC整流器和低通平滑滤波器，有时也包含门电路和直流放大器等部件。
黄河科技学院毕业设计说明书 第 7 页
3.2.3 正弦电压有效值的计算
AD637的内部结构如图3.1所示：
根据AD637芯片手册所给出的计算真有效值的经验公式为：
Vrms
2?VIN????V?rms? 3.2
其中：VIN为输入电压，Vrms为输出电压有效值。
图3.1 AD637的内部结构图
黄河科技学院毕业设计说明书 第 8 页
4 系统各模块电路的设计
4.1 输入缓冲和增益控制部分
图4.1 输入缓冲和增益控制电路
由于AD603的输入电阻只有100Ω，要满足输入电阻大于2.4kΩ的要求，必须加入输入缓冲部分用以提高输入阻抗；另外前级电路对整个电路的噪声影响非常大，必须尽量减少噪声。故采用高速低噪声电压反馈型运放OPA642作前级跟随，同时在输入端加上二极管过压保护[8]。在前级跟随运放中，输出电压与输入电压的关系如下：
UO=(1+
R4RR2Ui )U?=(1+4)×
R3R3R1?R2=
R3?R4R2?Ui 4.1 R3R1?R2当R2=R3,R1=R4时，可得出：UO=Ui。
如图4.1所示，输入部分先用电阻分压衰减，再由低噪声高速运放OPA642放大，整体上还是一个跟随器，二极管可以保护输入到OPA642的电压峰峰值不超过其极限（2V）。其输入阻抗大于2.4kΩ。OPA642的增益带宽积为400MHz，这里放大3.4倍，117.6MHz以上的信号被衰减。增益放大器的输入与前置缓冲级的输出端口P1，P2由同轴电缆连接，以防外界干扰。级间耦合采用电解电容并联高频瓷片电容的方法，兼顾高
黄河科技学院毕业设计说明书 第 9 页
频和低频信号。
将增益控制部分装在屏蔽盒中，盒内采用多点接地和就近接地的方法避免自激，部分电容电阻采用贴片封装，使输入级连线尽可能短。该部分采用AD603典型接法中通频带最宽的一种，如图4.2所示，通频带为90MHz，增益为－10～+30dB，输入控制电压U的范围为－0.5～＋0.5V。
图4.2 AD603接成90MHz带宽的典型方法
增益和控制电压的关系为
AG(dB)=40×U±10 4.2 一级的控制范围只有40dB，使用两级串联，增益为
AG(dB)=40×U1+40×U2±20 4.3 增益范围是－20dB～+60dB，满足题目要求。
由于两级放大电路幅频响应曲线相同，所以当两级AD603级联后，其带宽会有所下降，级联前各级带宽为90MHz左右，两级放大电路级联后总的3db带宽对应着单级放大电路1.5db带宽，根据幅频响应曲线可得出级联后的总带宽为60MHz.[9]。 4.2 功率放大部分
图4.3 功率放大电路
电路如图4.3所示。参考音频放大器中驱动级电路，考虑到负载电阻为600Ω，输出
黄河科技学院毕业设计说明书 第 10 页
有效值大于6V，而AD603输出最大有效值在2V左右，所以选用两级三极管进行直接耦合和发射结直流负反馈来构建末级功率放大，第一级进行电压放大，整个功放电路的电压增益都在这一级，第二级进行电压合成和电流放大，将第一级输出的双端信号变成单端信号，同时提高带负载的能力，若需要更大的驱动能力则需要在后级增加三极管跟随器，实际上加上跟随器后通频带急剧下降，原因是跟随器的结电容被等效放大，当输入信号频率很高时，输出级直流电流很大而输出信号很小。使用2级放大已足以满足题目的要求。选用NSC的2N3904和2N3906三极管（特征频率fT＝250～300MHz）可达到25MHz的带宽[10]。整个电路没有使用频率补偿，可对DC到20MHz的信号进行线性放大，在20MHz以下增益非常平稳，为稳定直流特性。我们将反馈回路用电容串联接地，加大直流负反馈，但这会使低频响应变差，实际上这样做只是把通频带的低频下限频率从DC提高到1kHz，但电路的稳定性提高了很多。
本电路放大倍数为：
AG≈1＋R10/R9 4.4
整个功放电路电压放大约10倍。通过调节R10来调节增益，根据电源电压调节R7可调节工作点。 4.3 控制部分
这一部分由51系列单片机、A/D、D/A和基准源组成，如图4.4所示。使用12位串行A/D芯片ADS7816和ADS7841（便于同时测量真有效值和峰值）和12位串行双D/A芯片TLV5618。基准源采用带隙基准电压源MC1403。
精密基准源 A/D 单片机 D/A 减法电路 图4.4 数字部分框图