新能优良结构简单的AGC电路设计

目前，在短波接收机中放大器增益的控制方法主要有两种。一种是改变放大器本身的参数，使增益发生变化，典型的是采用双栅场效应管，通过改变其中某一栅的直流偏置电压使增益发生变化;另一种是在放大器级间插入可变衰减器，控制衰减量，使增益发生变化，典型的是各种集成的可变增益放大器，本文讨论的AGC电路就是采用ADI公司的AD603可变增益放大器结合简单的AGC控制电路来实现的。要求增益大于50dB，AGC动态范围大于65dB，输出信号电平基本稳定在-10dBm。

AD603工作原理

AD603是低噪、90MHz带宽增益可调的集成运放，如增益用分贝表示，则增益与控制电压成线性关系。管脚间的连接方式决定了可编程的增益范围，增益在-11～+30dB时的带宽为90MHz，增益在+9～+41dB时具有9MHz带宽，改变管脚间的连接电阻，可使增益处在上述范围内。该集成电路可应用于射频自动增益放大器、视频增益控制、A/D转换量程扩展和信号测量系统，简化原理框图如图1所示。

AD603引脚图及引脚功能

表1：AD603引脚功能

AD603由无源输入衰减器、增益控制界面和固定增益放大器三部分组成。图中加在梯型网络输入端（VINP）的信号经衰减后，由固定增益放大器输出，衰减量是由加在增益控制接口的电压决定。增益的调整与其自身电压值无关，而仅与其差值VG有关，由于控制电压GPOS/GNEG端的输入电阻高达50MΩ，因而输入电流很小，致使片内控制电路对提供增益控制电压的外电路影响减小。以上特点很适合构成程控增益放大器。图1中的“滑动臂”从左到右是可以连接移动的。当VOUT和FDBK两管脚的连接不同时，其放大器的增益范围也不一样。

当脚5和脚7短接时，AD603的增益为40Vg+10，这时的增益范围在 -10～30dB，本文的设计就是这样应用的。当脚5和脚7断开时，其增益为40Vg+30，这时的增益范围为10～50dB。如果在5脚和7脚接上电阻，其增益范围将处于上述两者之间。

AGC电路工作原理及增益的分配和计算

● AGC电路工作原理

选用AD603作为主放大器，两片AD603采用顺序级联形式，充分发挥每一片AD603的增益控制功能。AGC检波由9018完成，9018同时送出AGC控制电压。完整的放大器及AGC电路如图2所示。

经两级AD603放大的信号，一路由J2送入下一级信号通道，另一路则由C10输入到9018用于AGC检波。9018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。

输入信号增大时，9018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;同样，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。

AD603的2脚对地压降固定，1脚对地压降即为VAGC，从而1、2脚的电压差V12受VAGC的控制。AD603的增益可表示为：

G=40·V12+10。由此可见，随着VAGC的增加，V12也增加，则AD603的增益变大;相反，若VAGC减小，V12也减小，则AD603的增益变小，从而使两级AD603的输出恒定在某个信号强度上。AGC时间常数的调整可以通过改变CAGC的容值来实现。

● AGC增益的分配和计算

两片AD603采用顺序级联模式有利于控制精度和信噪比的提高。而顺序级联模式要求在放大信号时先启用第一片AD603的增益，用尽后再用第二片的增益。由AD603的增益计算公式可知，当V12在-500～500mV之间时，其增益在-10～30dB范围内变化，则两片AD603的V12之间应有1V的电压差，反应在图2中，即两片AD603的2脚之间有1V的压降。

根据实际设计应留有一定的余量。将第一片AD603的增益范围定为 -6～30dB，则相应的V12为-400～500mV，而其2脚已固定在5.5V，故1脚的控制电压即VAGC应为5.1～6V。第二片AD603的增益范围定为-10～24dB，则相应的V12为-500～350mV，而其2脚已固定在6.5V，故1脚的控制电压即VAGC应为6～6.85V，两片顺序级联后的总增益范围为-16～54dB，如图3所示。

由以上分析可知，当AGC控制电压VAGC从5.1V到6.85V变化时，两级AD603的总增益将从-16dB到54dB线性增加。现在需要做的是调整9018的工作点，使得当输入信号适当变化时，能够从9018的集电极取出从5.1V到6.85V变化的AGC控制电压VAGC。由图2可以看出，VAGC的大小取决于R7的阻值和集电极电流的大小。

在无信号输入时，调整9018的静态工作点，使9018发射极的PN结处于近似截止状态，并调整R7的阻值使得VAGC为6.85V，此时两级AD603的增益全部放开，即54dB;当有信号输入，但其信号强度尚不能使9018发射极的PN结导通时，AGC处于失控状态，输出信号将随着输入信号强度的增大而增大;当信号强度足以使9018发射极的PN结导通时，9018处于AGC检波状态，此时AGC开始起控，VAGC大约以25mV/dB的速率下降，直至下降到5.1V。对应的两级AD603的增益也开始逐渐从54dB下降到-16dB，先是第二级AD603的增益逐渐从24dB下降到-10dB，然后第一级AD603的增益也开始逐渐从30dB下降到-6dB。此时，AGC进入饱和点，输入信号强度再增大时，AGC已失去控制作用，输出信号又将随着输入信号强度的增大而增大。这就是AGC的整个控制过程，即随着输入信号强度的不断增大，AGC将历经失控、开始起控、进入饱和、再次失控的控制过程。

● AGC起控点与饱和点的选取和计算

AGC起控点与饱和点的选取应根据具体的应用来计算。假设要求信号经AGC放大后，其信号强度稳定在W（dBm），AGC增益范围为Ga～Gb（dB），则AGC起控点电平（dBm）为W-Gb;AGC饱和点电平（dBm）为W-Ga。在应用中，要求信号经两级AD603的放大后，其信号强度基本稳定在-10dBm，而AGC增益范围为-16～54dB，因此AGC起控点电平应为-10-54=-64（dBm）;AGC饱和点电平应为-10-（-16）=6（dBm）。故此AGC所能处理的信号的动态范围为-64～6dBm，共70dB。

AGC起控点的调整可通过改变R5的阻值来实现。事实上，改变R5的阻值也就是调整9018发射极的PN结压降。此PN结用于AGC检波时，其压降大约被偏置在500～700mV之间。假设在工作过程中此PN结的瞬时压降为600mV时，AGC开始起控，又假设要求的AGC起控点电平为-30dBm（20mV），那么，可以通过调整R5的阻值使得此PN结被偏置在580mV，则当输入信号电平达到20mV时，此PN结的瞬时压降为600mV，AGC开始起控。以上只是定性的近似分析，在实际电路的实现中，要根据测量结果，反复调整R5的阻值，才能满足AGC起控点的要求。当然，AGC起控点有一个下限。就图2所示AGC控制电路来讲，其AGC控制下限取决于9018发射极PN结压降的调整精度，经实际测量，此值大约在100μV（-76dBm）左右。

实验数据

将整个电路按图4所示连接进行闭环测试。在测试过程中，通过调整HP-8920A的可变衰减器来改变输入信号强度的大小，输出信号强度由HP-E4405B观测，同时，通过万用表测试VAGC的电压值，测试数据如表2所示。

由表2的测试数据可以看出，输入信号强度从-64dBm到6dBm变化时，AGC控制电路能够相应地调节AGC控制电压VAGC的大小，从而改变AD603的增益，使其输出信号强度基本稳定在-10dBm，整个控制范围在70dB以上，满足设计要求。