自动增益控制放大器
雷达————自动增益控制
雷达————⾃动增益控制为什么要⽤AGC。
接收机接收回波信号时，由于物体距离接收机的距离远近不⼀，⽆线电波传播过程中的多径效应和衰落等原因的存在，使得接收机接收的有⽤的回波信号强度相差较为悬殊，⽽且往往会有很⼤起伏变化（约为104~105倍），有可能在接受微弱信号时造成某些电路不能正常⼯作⽽丢失信号，在接收强信号时会造成放⼤电路阻塞（⾮线性失真，也就是过载问题）。
所以在接收机中⼏乎⽆例外的都必须采⽤AGC电路来压缩有效信号强度的变化范围。
使得放⼤器的输出电压在⼀定范围内变化。
AGC作⽤AGC的作⽤是能够根据输⼊信号的电压的⼤⼩，⾃动调整放⼤器的增益，使得放⼤器的输出电压在⼀定的范围内变化。
AGC组成框图AGC⼯作过程：由上图可以看出，⾃动增益控制电路是⼀个反馈控制系统，具体⼯作⼯程如下（1）当输⼊信号u i较⼩时，输出信号u o的幅度u om也较⼩，经过处理后加到⽐较器上的电压u+也⽐较⼩。
在许多实际应⽤场合，往往规定u+必须⼤于或等于u T，⽽当u+<u T时，u+不能改变⽐较器的输出电压也就不可能产⽣控制电压 u c去控制增益放⼤器的增益，相当于此时⾃动增益控制环路不⼯作，也就是说，当u+<u T时，u e=u c=0，在这种情况下，u T称为⽐较器的门限电压。
（2）当输⼊信号u i振幅增⼤使输出信号的振幅增⼤时，相应经过处理后加到⽐较器上的电压u+也增⼤。
当u+⼤于等于基准电压时u+>=u T，⽐较器的输出误差电压u e将改变，控制电压u c也随着改变，并控制可控增益放⼤器的增益，此时环路启动，可控增益放⼤器的增益随输出信号的增⼤⽽降低，从⽽使输出信号减⼩；反之，当输⼊电压u i减⼩使输出电压uo减⼩时，环路产⽣的控制信号uc将使可控增益放⼤器的增益Au增加。
可见，通过环路的控制作⽤，⽆论输⼊电压u i增加或减⼩，输出信号电平仅在较⼩的范围内变化，从⽽保证在输⼊信号变化的情况下输出信号基本稳定，达到⾃动增益控制或⾃动电平控制的⽬的。
agc原理
agc原理AGC全称为自动增益控制（Automatic Gain Control），是一种电子技术，用于调节电子信号的增益，从而实现信号的稳定与可靠传输。
AGC的原理是依据信号强度大小自动调节放大器的增益，从而使输出信号始终保持相对稳定。
AGC的应用领域非常广泛，比如在广播、电视、无线通信、雷达等领域都有广泛的应用。
在接收器中，AGC可通过感知输入信号的动态范围变化来调节接收器的增益，从而使信号恰好足以处理并避免过载，从而保证了整个系统的可靠性。
那么，AGC是如何实现这个功能的呢？一般来讲，AGC电路是由放大器、检波器和反馈电路组成。
当信号越强，检波器便会输出相应电平的直流电压，通过反馈电路调节放大器的增益，使输入信号的强度被调节到合适的程度，从而保证了输出信号的稳定。
具体地说，当输入信号的强度增加时，检波器会输出一个较高的直流电压；而当输入信号的强度降低时，则会输出一个较低的直流电压。
这个检测到的直流电压，会被放大器的反馈电路所检测，并且用来控制这个放大器的电路，从而自动调节信号的增益，使输出信号保持在一个可控制的范围之内。
简单来说，AGC的实现就是通过放大器的反馈电路，依据输入信号的强度调整放大器的增益，从而保持输出信号的强度在一个稳定的范围之内。
这些操作全部由电路自动完成，用户无需手动操作。
总之，AGC是一种非常重要而又广泛应用的电子技术，可以自动调节放大器的增益，从而使信号保持在一个稳定且可控范围内，保证整个系统的可靠性。
由于AGC在无线通信、广播电视等领域中的广泛应用，因此对于电子工程师来说，了解AGC的原理和应用非常重要。
自动增益直流放大器
1.绪论1.1自动增益控制简介使放大电路的增益自动地随信号强度而调整的自动控制方法。
实现这种功能的电路简称AGC环。
AGC环是闭环电子电路，是一个负反馈系统，它可以分成增益受控放大电路和控制电压形成电路两部分。
增益受控放大电路位于正向放大通路，其增益随控制电压而改变。
控制电压形成电路的基本部件是AGC 检波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。
放大电路的输出信号u0 经检波并经滤波器滤除低频调制分量和噪声后，产生用以控制增益受控放大器的电压uc 。
当输入信号ui增大时，u0和uc亦随之增大。
uc 增大使放大电路的增益下降，从而使输出信号的变化量显著小于输入信号的变化量，达到自动增益控制的目的。
放大电路增益的控制方法有：①改变晶体管的直流工作状态，以改变晶体管的电流放大系数β。
②在放大器各级间插入电控衰减器。
③用电控可变电阻作放大器负载等。
AGC电路广泛用于各种接收机、录音机和测量仪器中，它常被用来使系统的输出电平保持在一定范围内，因而也称自动电平控制；用于话音放大器或收音机时，称为自动音量控制器。
AGC有两种控制方式：一种是利用增加AGC电压的方式来减小增益的方式叫正向AGC，一种是利用减小AGC电压的方式来减小增益的方式叫反向AGC .正向AGC 控制能力强，所需控制功率大被控放大级工作点变动范围大，放大器两端阻抗变化也大；反向AGC所需控制功率小，控制范围也小。
AGC——Automatic Gain Control的缩写。
所有摄象机都有一个将来自CCD的信号放大到可以使用水准的视频放大器，其放大量即增益，等效于有较高的灵敏度，可使其在微光下灵敏，然而在亮光照的环境中放大器将过载，使视频信号畸变。
为此，需利用摄象机的自动增益控制（AGC）电路去探测视频信号的电平，适时地开关AGC，从而使摄象机能够在较大的光照范围内工作，此即动态范围，即在低照度时自动增加摄象机的灵敏度，从而提高图像信号的强度来获得清晰的图像。
运放自动增益控制电路
一种性能优良结构简单的 AGC 电路许多应用类电子装置中都需要自动增益控制电路。
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。
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） .显然，这种自动增益控制可以达到输出信号幅度基本稳定的目的。
增益可调的运算放大器 ( 如 AD603) 常被用在 AGC 电路中，但是这一类器件不仅价格高,而且市面上难以买到.经过多次试验，笔者使用普通元件设计出了一种成本低廉、性能优良、结构简单的 AGC 电路。
原理见图 1 .图 1 中，输入信号经电阻 R1 、 R2 分压后送往运放 F1 的同相输入端，二极管 VD 对运放 F1 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 F2 放大后送往场效应管 3DJ6 的栅极。
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 F2 输出较大的负压至场效应管 3DJ6 的栅极，增大了场效应管 3DJ6 的源漏极间的电阻，从而减小了运放 F1 的放大倍数｛输入信号的幅度进一步加大时，场效应管 3DJ6 的源漏极间的电阻也会进一步加大,使运放 F1 的放大倍数进一步减小……直至场效应管 3DJ6 的源漏极被完全夹断,这时运放 F1 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 F2 输出也小,场效应管 3DJ6 的源漏极问的电阻很低，使运放 Fl 得到较大的放大倍数，从而在 F1 的输出端可以得到幅值较大的信号。
自动增益控制放大器的设计与实现
自动增益控制放大器的设计与实现程望斌1, 杨陈明1, 江 武1, 贺利苗2, 佘凯华1, 龙 杰1(1. 湖南理工学院 信息与通信工程学院, 湖南 岳阳 414006; 2. 湖南理工学院 经济与管理学院, 湖南 岳阳 414006) 摘 要: 为实现稳定输出, 需对放大器系统的增益进行自动控制. 本文提出了自动增益控制放大系统的总体设计方案, 并对主要功能模块进行了方案比较与论证, 重点对硬件系统和软件系统进行了详细设计, 最后对系统进行了完整测试, 并对检测结果进行了分析. 结果表明: 系统稳定可靠、操控方便, 具有较好的人机交互性能.关键词: 自动增益控制; MSP430单片机; 直流放大; PGA2310中图分类号: TN432 文献标识码: A 文章编号: 1672-5298(2015)02-0048-05Design and Realization of Automatic Gain Control AmplifierCHENG Wang-bin 1, YANG Chen-ming 1, JIANG Wu 1, HE Li-miao 2,SHE Kai-hua 1, LONG Jie 1(1. College of Information and Communication Engineering, Hunan Institute of Science and Technology, Yueyang 414006, China;2. College of Economics and Management, Hunan Institute of Science and Technology, Yueyang 414006, China) Abstract : To achieve the stable output, amplifier system needs to be automatically regulated. This paper presents the automatic gain control amplifier system overall design, compares and demonstrates the main function module scheme. The hardware system and software system is emphasis designed in detail. Finally system is completely tested, and the testing results are analyzed. The results show that the system has good man-machine interactive performance and also the system is stable and reliable, in addition, and it is easy to control.Key words : automatic gain control; MSP430 microcomputer; Dc amplifier; PGA2310引言随着电子信息技术的迅速发展, 信号传输与增益控制技术广泛应用于军事、工业等行业, 具有较好的研发价值. 自动增益控制, 可以使系统的输出信号保持在一定范围内, 因此在信号传输领域得到广泛应用. 本文设计的数字式自动增益控制放大器, 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[1]: 当输入信号较弱时, 线性放大电路工作, 保证输出信号的强度; 当输入信号强度达到一定程度时, 启动压缩放大线路, 使输出幅度降低, 衰减输入信号, 从而实现放大器的自动增益控制.1 系统总体设计方案系统共分为三大部分: 第一部分为稳幅功能模块, 采用−95.5dB~31.5dB 程控放大, 通过NE5532跟随器, 实现稳幅功能. 比如对幅值在10mV~1V 的输入信号, 可使输入信号有效值稳定在353.5mV 左右, 且在其频率带宽范围内, 保证其幅频曲线稳定, 以及后级的功率放大电路稳定. 第二部分为峰值检波模块, 其采用AD637进行真有效值峰值检波. 第三部分为功率放大器, 采用运放NE5532, 在满功率带宽为100KHz 且幅值达到10V 时, 其压摆率为9V/us, 能够满足要求, 并且能支持±20V 供电. 再利用场效应管实现其输出电流的扩流, 就能使功率到达10W. 通过单片机MSP430G2553控制既实现了放大器电压增益Av 可自动调节并显示, 又降低了整个系统的成本. 因而系统效率高, 成本低, 可靠性和稳定性较强.输入信号经过电压跟随器, 将输入信号送给PGA2310自动调节增益AGC 模块, 通过控制器MSP430G2553对其进行控制. 而AD637真有效值检波模块是对PGA2310的输出信号进行峰值检波, 并收稿日期: 2015-04-05作者简介: 程望斌(1979− ), 男, 湖北崇阳人, 硕士, 湖南理工学院信息与通信工程学院副教授. 主要研究方向: 光电子技术、学科竞赛第28卷 第2期 湖南理工学院学报(自然科学版) Vol.28No.22015年6月 Journal of Hunan Institute of Science and Technology (Natural Sciences) Jun. 2015第2期 程望斌, 等: 自动增益控制放大器的设计与实现 49将检测的真有效值反馈给单片机从而达到环路控制的目的[2]. 为了设计的更人性化, 特增加了显示模块, 能够显示AGC 放大器当前增益的分贝值. 功率放大部分是对AGC 模块的输出信号进行功率放大, 驱动10Ω的负载. 系统总体设计框图如图1所示.2 方案论证与选择(1) AGC 电路方案论证与选择方案一: 典型的是采用场效应管或三极管控制增益. 主要利用场效应管的可变电阻区(或三极管等效为压控电阻)实现增益控制[3].方案二: 采用TI 公司VCA810压控放大芯片, 用两级VCA810级联实现−40dB~40dB 的程控放大. VCA810具有低失调电压, 一级放大倍数最大范围−40dB~40dB, 且外围电路简单, 但由于单级放大倍数过大易引起自激, 故采用两级级联放大.方案三: 采用TI 公司PGA2310数字程控放大芯片, 单级放大倍数的最大范围−95.5dB~31.5dB, 并且内部含有两个相互独立的通道, 其构成的外围电路简单, 易操控, 精确度较高.方案比较: 方案一采用大量分立元件, 电路复杂, 稳定性差, 调试较繁琐, 且精度不够. 方案二需要两级级联, 实现效果较好, 但由于MSP430G2553内部没有DA, 需要外加DA 芯片控制, 搭建电路较复杂. 方案三能够直接由单片机控制, 电路简单, 容易实现.(2) 峰值检波电路方案论证与选择方案一: 基本的峰值检波电路是由二极管电路和电压跟随器组成的, 此电路能够检测的信号频率范围宽, 但受二极管导通压降等因素的影响, 检波精度差.方案二: 真有效值检波电路采用ADI 公司的AD637,该芯片真有效值rms V V ＝输出为信号的真有效值电压.方案比较: 方案一电路简单, 容易调试, 受器件的影响使得测量精度失准. 方案二采用集成芯片实现峰值检波, 外围电路搭建容易, 并且抗噪声性能好、精度高.(3) 功率放大方案论证与选择方案一: 由多个高速缓冲器BUF634并联实现扩流输出, 提升放大器带负载能力[4]. 方案二: 用分立元件构成末级放大电路, 利用集成运放和MOSFET 扩流来实现放大.方案比较: 方案一效果好但成本较高; 方案二虽然实现较为麻烦, 但是成本低廉, 效果较好. 故采用方案二.图1 系统总体设计框图50 湖南理工学院学报(自然科学版) 第28卷3 系统硬件设计3.1 PGA2310构成的程控AGC 电路程控AGC 电路如图2所示. 为提高信号的稳定性, 信号经信号输入端口至NE5532运放构成跟随缓冲电路. 将此信号输入至PGA2310 Vin-L 引脚, 其正负电源引脚各加入10uf 和0.1uf 的电容滤波, 然后PGA2310输出信号通过NE5532跟随器输入至AD637构成的真有效值检波电路, 最后MSP430单片机AD 采集检波后的直流信号. 设定当输入直流或交流时, 如果检波输出信号大于353mV 或小于353mV , 单片机自动检测并且调节PGA2310增益, 使PGA2310输出直流电压信号时幅值稳定在0.5V 左右, 输出交流信号时峰值稳定在1V 左右.3.2 AD637真有效值检波电路PGA2310程控输出信号输入至AD637 Vin 管脚, 当输入为0时, 调节RP2滑动变阻器使检波输出也为0; 当有输入信号时, 调节RP1滑动变阻器使输出信号为输入信号有效值, 得到正确的检波直流信号. 检波电路图如图3所示.图2 程控AGC 电路图图3 AD637真有效值检波电路图第2期 程望斌, 等: 自动增益控制放大器的设计与实现 51 3.3 功率放大为实现较好的功率放大要求, 后级需要驱动10Ω负载, 由于普通运放不能提供驱动负载所需功率, 所以必须进行功率放大以提供所需功率并且将信号放大2倍. 我们采用如图4所示运放加MOS管电路, 具有带负载能力强等优点.4 系统软件设计本系统软件设计部分基于MSP430单片机平台, 主要完成增益控制、AD采集、预置信息液晶显示和按键控制[5], 系统以友好的人机界面展现给用户. 系统设计流程图如图5所示.在图5中, 我们采用条件判断语句控制AGC模块的增益, 并且还添加了一些容错措施, 以达到AGC 放大器在频带内稳定输出的目的, 为后级的功率放大电路的稳定提供了保证.5 系统测试及结果分析5.1 测试仪器TDS1012双踪示波器、SU3080数字函数信号发生器、直流稳压电源、万用表等.图4 功率放大电路图图5 系统设计流程图52 湖南理工学院学报(自然科学版) 第28卷5.2 直流信号放大测试测试方法: 幅度可变的直流电压信号(0.01V/0.1V/1V)至测试输入端, 然后用双踪示波器测测试输出信号. 测试结果见表1.输入信号(mv) 输出信号理论值(mv) 输出信号测试值(mv) 相对误差(%)<0.01 10.00 9.89 1.1% 0.1 10.00 9.90 1% 1 10.00 10.02 0.2%测试条件: 输入直流电压信号(0.01V/0.1V/1V)分别由滑动变阻器分压得到. 5.3 交流信号放大测试测试方法:(1) 从函数发生器输入频率为10KHz 且幅值可变的交流电压信号(0.01V/0.1V/1V)至测试输入端, 然后用双踪示波器测试输出信号. 测试结果见表2.输入信号(mV) 输出信号理论值(mV) 输出信号测试值(mV) 相对误差(%) <0.01 10.00 9.88 1.2% 0.01 10.00 9.94 0.6% 1 10.00 10.03 0.3%(2) 从函数发生器输入信号幅值为1V 且频率可变的交流电压信号至测试输入端, 然后用双踪示波器测试输出信号. 测试结果见表3.输入信号(Hz) 输出信号理论值(mV) 输出信号测试值(mV) 相对误差(%)1 10.00 9.88 1.2% 10 10.00 9.86 1.4% 1000 10.00 9.89 1.1% 10K 10.00 9.92 0.8% 100K 10.00 9.91 0.9% 200K 10.00 9.89 1.1%5.4 测试结果分析由测试数据可知, 放大器增益控制, 交直流放大, 带宽和带负载能力等指标都达到了要求. 在测量输入信号幅值低于10mV 时, 由于输入信号幅度过小、噪声的掩盖和仪器磨损等原因, 所以此项测试结果有误差.6 总结本文设计的系统实际输入信号有效值达到5mV , 在现有的仪器条件下, 信号幅度输出小时噪声大, 导致输出波形噪声较大. 放大器在驱动 10Ω负载时, 通频带带宽超过 100KHz, 带内失真小, 但功率放大器对扩流MOSFET 需配对, 否则容易产生交越失真. 如果对功率放大电路进行改善, 就能拓宽带宽[6] , 增大信号载体的容量.参考文献[1] 陈亮名, 杨 昆. 基于宽带高增益的放大器设计[J]. 电子设计工程, 2014, 22(15): 146~148 [2] 赖小强, 李双田. 数字闭环自动增益控制系统设计与实现[J]. 网络新媒体技术, 2013, 2(3): 40~44 [3] 李怀良, 庹先国, 朱丽丽, 等. 中低频宽动态范围AGC 放大器设计[J]. 电测与仪表, 2013, 50(566): 96~99 [4] 于国义, 张 乐, 崔先慧, 等. 用于CMOS 图像传感器的AGC 放大器设计[J]. 中国科技, 2013, 8(1): 10~13 [5] 李晓宇, 宫 平, 李杉杉, 等. 自增益电路在激光测距中的应用[J]. 电子设计工程, 2014, 22(18): 77~78, 83 [6] 陈铖颖, 黑 勇, 戴 澜, 等. 面向助听器应用的低功耗自动增益控制环路[J]. 微电子学, 2013, 43(4): 464~467表1 直流信号放大测试结果表2 交流信号放大测试结果(信号频率为10KHz)表3 交流信号放大测试结果(信号幅值为1V)。
《高频电子线路》自动增益控制实验(AGC)
《高频电子线路》自动增益控制实验（AGC）一、实验目的1、掌握AGC工作原理。
2、掌握AGC主放大器的增益控制范围。
二、实验内容1、比较没有AGC和有AGC两种情况下输出电压的变化范围。
2、测量AGC的增益控制范围。
三、实验仪器1、1号模块 1块2、6号模块 1块3、2号模块 1块4、双踪示波器 1台四、实验原理图15-1是以MC1350作为小信号选频放大器并带有AGC的电路图，F1、F2为陶瓷滤波器（中心频率分别为4.5MHz和10.7MHz），选频放大器的输出信号通过耦合电容连接到输出插孔P4。
输出信号另一路通过检波二极管D1进入AGC反馈电路。
R14、C18为检波负载，这是一个简单的二极管包络检波器。
运算放大器U2B为直流放大器，其作用是提高控制灵敏度。
检波负载的时间常数C18•R14应远大于调制信号（音频）的一个周期，以便滤除调制信号，避免失真。
这样，控制电压是正比于载波幅度的。
时间常数过大也不好，因为那样的话，它将跟不上信号在传播过程中发生的随机变化。
跨接于运放U2B的输出端与反相输入端的电容C17，其作用是进一步滤除控制信号中的调制频率分量。
二极管D3可对U2B输出控制电压进行限幅。
W4提供比较电压，反相放大器U2A的2、3两端电位相等（虚短），等于W4提供的比较电压，只有当U2B输出的直流控制信号大于此比较电压时，U2A才能输出AGC控制电压。
图15-1 自动增益控制电路原理图（AGC）对接收机中AGC的要求是在接收机输入端的信号超过某一值后，输出信号几乎不再随输入信号的增大而增大。
根据这一要求，可以拟出实现AGC控制的方框图，如图15-2所示。
图15-2自动增益控制方框图图中，检波器将选频回路输出的高频信号变换为与高频载波幅度成比例的直流信号，经直流放大器放大后，和基准电压进行比较放大后作为接收机的增益调节电压。
不超过所设定的电压值时，直流放大器的输出电压也较小，加到比较器上的电压低于基准电压，此时环路断开，AGC电路不起控。
agc工作原理
agc工作原理
AGC是指自动增益控制（Automatic Gain Control），是一种
电路，它能够自动调节电信号的增益，使其保持在最佳状态。
AGC的工作原理如下：
1. 在输入端，信号通过一个可变增益放大器进行放大。
这个放大器受到一个反馈信号，根据该信号的强弱来控制放大器的增益。
2. 反馈信号来自于检测电路，它会分析输入信号的幅度，并与一个预设的参考值进行比较。
如果输入信号的幅度高于预设值，则反馈信号就会抑制可变增益放大器的增益，使其减小输入信号的幅度。
3. 反之，如果输入信号的幅度低于预设值，则反馈信号将放开可变增益放大器的控制，使其增益增加。
4. 通过这种自动控制机制，AGC能够保持电信号的幅度在一
个合适的范围内，使其在传输中不会因为太弱或太强而失真。
AGC可以用于多种应用中，例如：
1. 无线电通信系统：在无线电通信中，AGC可以用于调节接
收机的增益，以便在不同电信号强度下获得最佳的声音质量和可靠性。
2. 音频处理：AGC可以用于音频处理上，例如在录音中，可
以保持音频信号的幅度在一个稳定的范围内，消除音频信号中的噪音和失真。
3. 模拟电视信号处理：在模拟电视信号处理中，AGC可以通过调节视频信号的增益来确保视频信号的质量和清晰度。
总之，AGC可以帮助我们实现信号增益的自动控制，使得电路在不同的电信号环境下都能够获得最佳的信号质量和性能。
自动增益放大器
自动增益放大器摘要：本系统有四个模块组成：程控放大器，峰值检测，键盘，液晶。
程控放大器采用两片AD603接连组成，放大电压增益可达50dB，增益1db步进可调，电压增益误差不大于5%。
放大器输出无明显失真。
峰值测量采用真有效值采样芯片AD637先进行有效值采样，然后通过MAX197进行AD采样，最后再转换成峰值，键盘采用键盘管理芯片CH452进行键盘管理，液晶采用PVG19464，系统以C8051F020单片机为控制核心，经测试验证，系统运行稳定，操作方便。
关键词：程控放大器，峰值检测，AD采样，键盘管理芯片，单片机。
Abstract：This system has four modules: SPC amplifiers, peak detection, keyboard, liquid crystal. By two AD603 program-controlled amplifier amplification voltage gain one, can gain 1db stepping 50dB, adjustable, voltage gain error is not more than 5%. Amplifier output without obvious distortion. Measure true RMS peak by sampling AD637 chip on sampling, then MAX197 through effective sampling, finally to AD convert peak, the keyboard management CH452 chip keyboard on the keyboard, LCD USES PVG19464 management system with C8051F020 SCM as control core and tested, the system runs stably, convenient operation.Key: SPC amplifier Peak detection AD samplingKeyboard management chip SCM1. 方案的论证与比较1.1 设计需求1.1.1 基本要求（1）输入正弦电压信号范围为：10mV PP～1V PP；（2）输入信号频率范围为：100Hz～50KHz；（3）可通过按键方式手动改变增益，使输出电压信号范围为1V PP～1.5V PP（峰峰值V PP），且无明显失真；（4）显示当前增益（单位为dB）。
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2014年全国大学生电子设计竞赛 设 计 报 告
参赛题目： 自动增益控制放大器 题目编号： H
日 期： 二〇一四 年 八 月 十二 日 至 二〇一四 年 八 月 十五 日 自动增益控制放大器（AGC）设计 摘要：本设计以可变增益放大器VCA810为核心，通过单片机MSP430控制各模块，
实现电压增益连续可调，输出电压基本恒定。系统主要由可变增益放大器、MSP430单片机、AGC电路、功放电路、检波电路、比较器、噪声检测电路等组成。将输入信号经程控放大器进行调理归一处理，输入给程控增益调整放大器 VCA810，将信号放大输出，通过有效值检波电路检测输出信号，并送给单片机AD采样，与理想输出信号数值进行比较，若有多偏差，则通过调整对VCA810的增益控制电压，来调整放大倍数，从而实现输出信号的稳定。整个设计使用负反馈原理，实现了自动增益的控制。 关键字：VCA810 MSP430 有效值检测 自动增益控制（AGC）
一、 方案设计与论证 1.1整体方案 方案一：采用纯硬件电路实现，由AGC和运放构成的电压比较器和减法电路实现。把实际电压与理论电压的差值通过适当幅值和极性的处理，作为AGC的控制信号，从而实现放大倍数的自动调整，实现输出电压恒定。 方案二：采用可变增益放大器和单片机结合，通过单片机对输出信号AD采样并转化为数字量，与理论输出电压值进行比较，得到差值转换为控制直流电压，通过DA转化，对放大器的放大倍数精确调整，从而实现输出电压的恒定。 方案一理论简单，只有硬件电路，制作起来相对容易，但其理论低端，精度不够，没有创新，通用性不好；方案二控制精确，自动控制速度快，系统可移植性强，功能改变和增加容易，对后期改善和提升电路性能有益。但需要软硬件配合，系统稍复杂。通过对两个方案的综合对比，我们选用方案二。
1.2控制模块 方案一：采用MCS-51。Intel公司的MCS-51的发展已经有比较长的时间，以其典型的结构、完善的总线、SFR的集中管理模式、位操作系统和面向控制功能的丰富的指令系统，为单片机的发展奠定3了良；好的基础，，应用比较广泛，各种技术都比较成熟。 方案二：采用TI公司的MSP430。MSP430是一个 16 位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机，基于闪存的产品系列，具有最低工作功耗，在 1.8V-3.6V 的工作电压范围内性能高达 25MIPS。包含一个用于优化功耗的创新电源管理模块。由于它具有极低的功耗、丰富的片内外设和方便灵活的开发手段。 方案一采用MCS-51控制简单，但资源有限，功能实现有困难，而且需要大量外扩单元；而方案二MSP430资源丰富，操作语言灵活，但对编程的要求有所提高。综合考虑下，我们采用MAP430作为我们的主控制器。 1.3 程控可变增益放大器
方案一：LM358是由两个独立的高增益运算放大器组成。可以是单电源工作，也可以是双电源工作，电源的电流消耗与电源电压大小无关。应用范围包括变频放大器、DC增益部件和所有常规运算放大电路。利用模拟开关CD4051程控切换运算放大器反馈电阻从而改变放大器的增益，到达程控调理信号，将输入信号从10mV~5V的信号调理到0~3.3V的范围，以便后续电路处理。该方案电路简单，单片机控制模拟开关程控调节增益方便，确点是：模拟开关的导通电阻较大（1KΩ）并且随着频率的变化而变化，增益出现非线性。 方案二：由于输入信号在10mV~5V变化，范围较大，所以利用程控可变增益放大器分段放大。程控可变增益放大器采用OP07作为可变增益放大器的放大芯片， 它是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07最大为25μV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。程控可变增益放大器采用单片机控制四路继电器合理切换，达到自动分段测试输入信号，将输入信号调理到0.2V~1.4范围内，以便后续电路处理。 方案二具有低噪声、高增益的特性，而且调节方便，增益线性好，性能较方案一好，所以采用第二方案。 1.4 AGC电路
方案一：采用AD603。它提供精确的引脚可选增益，90 MHz带宽时增益范围为-11 dB至+31 dB，9 MHz带宽时增益范围为+9 dB至+51 dB。用一个外部电阻便可获得任何中间增益范围。两片AD603级联时，总增益的控制范围为84.28db。 图1.1 采用AD603的AGC电路 方案二：采用VCA810。可变增益放大器VCA810提供了差分输入单端输出转换，用来改变高阻抗的增益控制输入超过- 40DB增益至+40 dB的范围内成dB/ V的线性变化。从±5V电源工作，将调整为VCA810的增益控制电压在0V输入- 40DB增益在-2V输入到+40 dB。
图1.2 采用VCA810的AGC电路 相比之下，VCA810应用要简单些，调试起来方便些，电压也限制在+—5V，不会有+10V比较符合之前的电路设计风格，对噪声的控制上，1片VCA810的性能要优于2片AD603。综合考虑下，选择方案二。
1.5功放电路 方案一：采用TPA3112D1集成功放，TPA3112D1是一款具有SpeakerGuardTM的25W单声道、无需外加滤波器的D类音频放大器，运用在电视和消费类音频设备中。该芯片供电范围为8V~26V；采用H桥作为功率输出级，使得其可在输出没有传统的LC滤波器的情况下直接驱动感性负载；输入的音频信号可以是差分形式，其中在24V供电情况下，满负载驱动8Ω的桥接式扬声器，声音失真杭率仅为0.1%。 方案二：采用LF353运放作为输入级，LF353的总体电路设计还是比较简洁的，在功率运算放大器设计中是主流：输入放大级是由两只P沟道JFET组成的共源极差分电路，并且用镜像恒流源做负载来提高增益；在输入差分放大级和主电压放大级之间是一个由射极跟随器构成的电流放大级，用来提高主电压放大级的输入阻抗和共源极差分电路的负载增益.。采用IAF530作为出极，它具有输出阻抗低，输出电流大的特点。 方案一为集成模块，使用方便，但其功率不够，幅度太大；方案二虽需要自己设计电路，但整个电路具有输入阻抗高输出阻抗低、声音失真小，完全适合600欧的负载到8欧负载的变化。故选用方案二。 2.1系统整体设计框图
可变增益放大器
AGC
单片机比较器
AD637 检波
功放检波DA
显示键盘噪声检测
输入10mV
噪声
2V(1~3V)
DAAD
喇叭
图1.3 系统设计框图 2.2硬件原理图 系统硬件部分设计原理图如图1.4所示。 OP07K11RELAY-DPSTS11SW-SPDT
Q11NPN1
R115KΩ
R1351KΩ
R1210KΩR141KΩ
RP11100K
VCCMCU
INOUT2347V+
V-6
OP07K12RELAY-DPSTS12SW-SPDT
Q12NPN1
R1510KΩ
R1710KΩ
R1610KΩR181KΩ
RP12100KVCCMCUINOUT2347V+V-6OP07K13RELAY-DPSTS13SW-SPDTQ13NPN1R1910KΩR2111KΩR2010KΩR221KΩ
RP1350K
VCCMCU
INOUT2347V+
V-6
OP07K14RELAY-DPSTS14SW-SPDT
Q14NPN1
R2310KΩ
R2511KΩ
R2410KΩR261KΩ
RP1410K
VCCMCU
INOUT2347V+
V-6
图1.4 可变增益放大器
IC4BLF353R2110KΩR2210KΩR2347KΩR2418KΩR2510KΩR2610KΩR2718KΩR2847KΩR302W/1ohmR312W/1ohmR29100ΩC231uFQ22IRF9530Q21IRF530RP220KΩ+C22100uF/35V+C21100uF/35V5W/8ohm
SP21
+12V
-12VV+V-8657
4
VoutVin 图1.5功放电路 +C52470uF/35V+C51470uF/35V+C53470uF/35V+C54470uF/35V+C59470uF/35V+C510470uF/35VC550.1uFC560.1uFC570.1uFC580.1uF
L51
L52V+V--12V+12V
图1.6滤波电路 LM39320KΩR31
1KΩR32
8.2KΩR33
10KΩR34
Q31NPNVCCVCC1328Vout
图1.7比较器