压控增益放大器(VCA)模块(原理图)

自动增益控制放大器吉首大学信息科学与工程学院课程设计报告书课程单片机课程设计课题：自动增益控制放大器姓名：学号：专业：年级：指导教师：基地指导教师：2014 年11 月一、项目介绍与设计目的（1）此为2014年湖南电子设计大赛C题的设计报告，要求为：一、基础部分1、输入一个电压为0.01-0.03V的直流电压（峰值），要求输出电压为10V（峰值）2、输入一个电压为0.1V的直流电压（峰值），要求输出电压为10V（峰值）3、输入一个电压为10V的直流电压（峰值），要求输出电压为10V（峰值）二、提高部分1、输入一个电压为0.01-0.03V的交流电压（峰值），要求输出电压为10V（峰值）2、输入一个电压为0.1V的交流电压（峰值），要求输出电压为10V（峰值）3、输入一个电压为10V的交流电压（峰值），要求输出电压为10V（峰值）（2）目的在于培养我们的实践创新意识与基本能力、团队协作的人文精神和理论联系实际的学风；有助于我们工程实践素质的培养、提高我们针对实际问题进行电子设计制作的能力。

二、设计方案1．项目环境要求基于MSP430单片机2．项目功能模块1、放大电路：考虑到负载电阻为10Ω，输出值要等于10V，所以电压仍需放大，第1部分为输入缓冲和固定增益放大模块，运放搭建电压跟随器作为输入缓冲，同时提高输入阻抗，固定增益放大部分将输入的微弱信号放大到适合后级处理的电压范围，前级放大将小信号放大50倍。

VCA810增益控制电路增益后达不到所需要求，所以在后又加了一个放大电路图一为前级放大电路，图二为后级放大电路图一图二2、压控增益电路可控增益调节部分我们使用压控增益放大器VCA810，VCA810 在宽频带工作模式下，增益控制范围为-40dB～+40dB ，且控制电压与增益dB 数成线性关系，满足设计要求。

其中 1 脚为了匹配输入阻抗并接了50?的电阻，8 脚接25?的偏置电阻，其中 5 脚接 500?的负载电阻.......如图所示。

第31卷 第4期 苏州市职业大学学报 V ol .31，No .42020年12月 Journal of Suzhou V ocational University Dec . ，2020基于VCA810的自动增益控制放大器的设计与实现王书立a ，王勤宏b(苏州市职业大学 a .艺术学院；b .计算机工程学院，江苏 苏州 215104)摘 要： 以STM32F103RET6和VCA810为核心部件，辅以分级处理模块、测频模块、键盘输入模块、LCD 显示模块及话筒输入模块等组成一个自动增益控制放大器。

当输入音频信号频率在100 Hz~10 kHz 、幅度在10 mV~5 V 时，该系统可通过STM32F103RET6调节VCA810的压控电压，实现放大器输出幅度的保持、步进式调节和任意设定等功能，并能够根据环境噪声的改变自动调节放大器的输出幅度。

该设计适用于各种接收机、录音机和信号采集系统。

关键词：自动增益控制；放大器；STM32F103RET6；VCA810中图分类号：TN702 文献标志码：A 文章编号：1008-5475(2020)04-0030-06Design and Realization of Automatic Gain Control Amplifier Based on VCA810WANG Shuli a ，WANG Qinhong b（a .School of Fine Art ；b .School of Computer Engineering ，Suzhou Vocational University ，Suzhou 215104，China)Abstract ：Taking STM32F103RET6 and VCA810 as the core components ， the paper presents an automatic gain control amplifier composed of hierarchical processing module ， frequency measurement module ， keyboard input module ， LCD display module ， microphone input module ， and etc . When the frequency of input audio signal varies between 100 Hz and 10 kHz ， with the amplitude within the scope of 10 mV ~ 5 V ， this system is capable of maintaining ， step modulating ， and setting the output amplitude of the amplifier through adjusting the voltage of VCA810， which is controlled by STM32F103RET6. Furthermore ， the output amplitude of the amplifier can also be adjusted automatically according to ambient noises ， which makes it suitable for the application in receiver ， recorder and signal acquisition system .Keywords ：automatic gain control ；amplifier ；STM32F103RET6；VCA810DOI ：10.16219/j .cnki .szxbzk .2020.04.007收稿日期：2020-09-02作者简介： 王书立(1969—)，男，黑龙江鸡西人，助理实验师，主要从事实验技术研究。

放大器内部结构原理图解
众所周知，决定输出级时针的最基本因素就是工作类别。

由于甲类工作状态不会产生交越失真和开关失真，因而成为理想的模式。

然而，其产生的大信号失真仍未能小到可以忽略的程度。

对甲乙类而言，如果输出功率超出甲类工作所能承受的电平，则总谐波失真肯定会增大。

因为这时的偏置控制是超前的，其互导倍增效应（即位于甲类工作区，两管同事导通所导致的电压增益增大现象）对时针残留物产生影响而出现了许多高次谐波。

这个事实似乎还鲜为人知，恐怕是由于在大多数放大器中这种互导倍增失真的电平相对都比较小，并被七台河失真所完全淹没了的缘故。

对于甲乙类而言，通过对它与甲乙类失真残留物频谱分析可知，除不可避免的输出级失真外，所有的非线性都已有效地加以排除，且在奇次谐波幅度上，最佳乙类状态要比甲乙累低10Db。

实际上，奇次谐波普遍认为是最令人讨厌的东西，因此正确的做法是不避免甲乙类工作状态。

2015 届毕业设计说明书基于VCA610的自控增益放大器的设计院部：电气与信息工程学院学生姓名：许君指导教师：职称专业：电子信息工程班级：电子XXXX班完成时间：2015年6月摘要社会的进步离不开先进的生产力，而生产力的提高需要依托强大的技术支持，尤其是自动增益控制技术。

自动增益控制（AGC）在各行各业都有着广泛的应用，比如：仪器仪表与检测技术、低压电器技术、自动控制技术、工业机器人技术和工业通信技术。

自动增益控制技术与生活息息相关，对它的学习也显得格外重要。

设计一个自控增益放大器，可以采用VCA610放大器来搭建自动增益放大电路，电路设计简单，易于实现信号的自动控制。

基于VCA610的自动增益控制系统，采用MSP430F169单片机作为控制器，对VCA610放大器提供控制电压，使其控制的信号输出稳定的幅值，输出的交流信号通过OPA620放大电路、三极管推挽电路；输出的直流信号通过放大电路、扩流电路；信号分别经过交直流处理，带负载能力得到提高，能够实现设计要求，这样一个完整的基于VCA610的自控增益放大系统就搭建完成了,通过仿真调试，根据结果，分析得出结论。

通过VCA610自动增益放大电路的学习，能够加强人们对自动增益控制电路的认识，由浅入深，以此来学习更加复杂、设计更加优良的自动增益控制电路。

这样就能够使自控技术更加的成熟、先进，使大家的生活更加丰富多彩。

关键词：自动增益控制；MSP430F169；VCA610；放大器；调试ABSTCACTThe progress of the society is inseparable from the advanced productive forces, and productivity rely on strong technical support, especially the automatic gain control technology. Automatic gain control (AGC) has been widely used in all walks of life, for example: Instrumentation and testing technology, low voltage electrical technology, automatic control technology, industrial robot technology and communication technology industry. Automatic gain control technology is closely related to life, and to study the technology is very important.VCA610 amplifier can be used to build automatic gain amplifier circuit for designing an automatic gain amplifier, the design is simple, and easy to realize automatic control of signals. The automatic gain control system is based on VCA610, using MSP430F169 microcontroller as controller, the controller provides control voltage for VCA610 amplifier, and make its control signal output stable, The output of the AC signal through OPA620 amplification circuit and transistor push-pull circuit; The DC signal output through magnifying circuit and expanding flow circuit; Signal is treated respectively with AC/DC, and Load will be enhanced , so, it will reach to the design requirements, a complete automatic gain amplifier system which is set up completed by VCA610, through simulating and debugging, reach to results, and draw a conclusion.Through studying VCA610 automatic gain amplifier circuit, it can strengthen people's knowledge of automatic gain control circuit, in order to learn more complex, more excellent design of automatic gain control circuit. It was able to further automatic control technology mature and advanced, in addition ,it make people's lives more colorful.Keywords automatic gain control; MSP430F169; VCA610; amplifier; debugging目录1 绪论 (1)1.1 研究课题的背景及意义 (1)1.2 研究课题的主要工作 (2)2 总体设计思想与方案 (3)2.1 总体设计思想 (3)2.2 总体设计概述 (3)2.3 方案选择 (4)2.3.1 控制器的选择 (4)2.3.2 信号处理电路的选择 (5)2.3.3 方案总结 (8)3 硬件系统的设计 (10)3.1 主要器件介绍 (10)3.1.1 MSP430F169单片机 (10)3.1.2 VCA610运放芯片 (11)3.1.3 OPA620运放芯片 (11)3.1.4 OPA2604放大芯片 (12)3.1.5 LM317电压稳压器 (12)3.1.6 12864液晶显示 (13)3.2 单元电路设计 (14)3.2.1 MSP430F169单片机最小系统 (14)3.2.2 下载电路 (16)3.2.3 LCD12864液晶显示电路 (17)3.2.4 VCA610自动控制电路 (18)3.2.5 直流电路 (19)3.2.6 交流电路 (20)4 软件系统的设计 (21)4.1 软件设计概述 (21)4.2 软件模块程序 (21)4.2.1 液晶显示模块程序设计 (21)4.2.2 数模转换程序设计 (22)5系统调试及结果分析 (23)5.1 系统调试简介 (23)5.2 仿真测试 (23)5.2.1 直流模块仿真测试 (23)5.2.2 交流模块仿真测试............................................ 错误！未定义书签。

压控增益运放VCA810模块电路设计说明目录1、模块电路系统框图和原理分析 (1)2、模块的测试 (2)3、模块调试过程中遇到的问题和解决方法 (2)附录 (3)1、模块电路系统框图和原理分析VCA810是直流耦合，宽带，连续可变电压控制增益放大器。

它提供了差分输入单端输出转换。

通过正负5V 电源工作，将调整VCA810的增益控制电压在0V 输入-40dB 增益在-2V 输入+40dB ，增益公式为)1(210G +-=c V v ）（，或者是dB V dB G c )1(40)(+⋅-=，其中Vc 是增益控制电压。

VCA810的应用框图如图1所示。

图1 VCA810模块应用框图VCA810引脚图如图2所示。

图2 VCA810引脚图VCA810引脚功能如表1所示。

2、模块的测试模块通过外接电源供电，信号从输入端口+In输入，从输出端口VOUT输出，增益控制电压Vc是通过一个分压电路使得Vc能够在0到-2V之间连续变化。

本实例采用Tektronix TDS1002数字示波器测量输入输出波形。

输入信号频率1MHz。

测量结果如下表2。

3、模块调试过程中遇到的问题和解决方法问题一：输入电压比较大，控制增益也比较大时，VCA810输出波形出现峰值截止。

解决方案：AD603的供电电压±4V到±6V，输出范围为-1.8V到1.8V。

要注意放大后的峰值是否在量程之内。

问题二：增益控制电压过大，超出额定增益范围，输出口检测不到波形解决方案：另外焊接了一个大小为1k电位器实行分压，使得Vc的电压值在0到-2V 之间变化。

附录模块的输入和输出接口定义说明模块原理图图3 VCA810模块原理图。

射频限幅器工作原理射频限幅器是一种用于限制射频信号幅度的电路或器件。

它的工作原理是通过对输入信号进行采样和判别，将超过设定幅度阈值的信号进行限制或削弱，以确保输出信号的幅度稳定在设定范围内，从而保护后续电路免受过高信号幅度的影响。

射频限幅器通常由压控放大器（VCA）和比较器组成。

压控放大器的主要作用是根据控制电压来调节信号的增益，而比较器则负责对输入信号进行采样和判别。

在限幅器内部，输入信号首先经过压控放大器进行增益调节，然后与参考电压进行比较。

当输入信号的幅度超过设定的阈值时，比较器会将超过阈值的部分信号削弱或限制，使其幅度保持在阈值以下。

这样，即使输入信号幅度发生较大变化，输出信号的幅度也能够稳定在设定的范围内。

通过调节比较器的阈值和压控放大器的增益，可以实现对输出信号幅度的精确控制。

射频限幅器在射频系统中起到了重要的作用。

首先，它可以保护后续电路免受过高信号幅度的影响。

在射频系统中，信号幅度过大可能会导致器件损坏或系统性能下降。

通过使用射频限幅器，可以有效限制输入信号的幅度，保护后续电路的正常工作。

射频限幅器还可以用于信号处理和干扰抑制。

在某些应用中，输入信号可能存在幅度波动或干扰信号的干扰。

通过使用射频限幅器，可以将幅度波动限制在一定范围内，从而提高信号的稳定性和抗干扰能力。

射频限幅器还可以用于射频测量和测试。

在射频测量和测试中，需要对输入信号进行精确控制和调节。

通过使用射频限幅器，可以实现对输入信号幅度的精确控制，以满足不同测试需求。

射频限幅器是一种重要的射频信号处理器件，它通过对输入信号进行采样和判别，限制或削弱超过设定幅度阈值的信号，以保护后续电路免受过高信号幅度的影响。

射频限幅器在射频系统中具有广泛的应用，可以保证系统的正常工作，提高信号的稳定性和抗干扰能力，满足不同的测量和测试需求。

VCA820可控增益放大器原理宽带放大器在工业测量与控制领域应用广泛。

在测量与控制电路中，宽带放大器是调理传感器输出信号的重要环节。

传感器输出的电平信号通常不是规则的正弦信号，且输出电压范围往往变化很大，这就需要后级放大器具有较高的频带宽度和灵活的电压增益，因此，这里提出一种以压控增益放大器VCA822为核心的可编程宽带放大器，可实现通频带为100 Hz～15 MHz，放大器增益为10～58 dB，6 dB 步进可调。

该设计可通过矩阵式键盘设置放大器增益，液晶显示器显示输出电压，人机界面友好。

1 放大器设计及工作原理设计一个通过键盘设置增益，且具有AGC功能的宽带放大器。

放大器输入端采用同相放大电路进行阻抗匹配，使输入电阻达到MΩ数量级。

该系统设计分为宽带放大、峰值采样、人机交互等3个模块。

宽带放大模块中电压增益可预置的功能是由VCA822实现。

VCA822一款直流耦合型宽频带压控增益放大器，最大工作频带宽度可达150 MHz。

放大器增益由控制电压和外围电阻阻值共同决定。

控制电压的输出是由单片机运算并控制D／A转换器而输出的，因而能够实现较精确的数控。

另外，放大器后级接入两档信号处理电路，一档增益0 dB，另一档为衰减档，通过一个控制端口，实现信号在这两档位之间选择。

这种方法的优点在于条理清晰，控制方便，易于单片机处理。

针对峰值采样，采用数字检波，即通过高速A／D转换器对输出的正弦信号进行采样，判断一定时间内采集到的数字信号的最大值，该最大值即为该信号的峰值。

而这种通用数字峰值检波电路仅能在低频段效果良好，针对系统设计要求中的高频信号，以及某些特定频率信号，将产生一定误差。

采用双频数字峰检对信号进行采样，这种方案可有效避免产生误差。

在上述两模块的基础上实现AGC的功能。

峰值检波测得的电压值反馈回单片机，单片机对宽带放大电路实现放大精确控制。

通过这种方式可将输出信号的峰值稳定在4．8 V左右。

该系统总体实现框图如图l所示。

收稿日期：２０２２－０４－２１基金项目：国家自然科学基金（Ｕ２２４１２７７）引用格式：史磊，晏怀斌，于骏申．一种多通道数字接收机的设计与测试方法［Ｊ］．测控技术，２０２３，４２（７）：８０－８６．ＳＨＩＬ，ＹＡＮＨＢ，ＹＵＪＳ．ＤｅｓｉｇｎａｎｄＴｅｓｔＭｅｔｈｏｄｏｆａＭｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌＤｉｇｉｔａｌＲｅｃｅｉｖｅｒ［Ｊ］．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆ＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２３，４２（７）：８０－８６．一种多通道数字接收机的设计与测试方法史　磊，晏怀斌，于骏申（上海船舶电子设备研究所，上海　２０１１０８）摘要：设计了一种可用于测控系统的多通道数字接收机，结合性能指标测试，表明该接收机具有有效性和通用性。

重点阐述了该多通道数字接收机设计组成和下属各模块的设计原理，通过对幅度相位一致性、短路噪声、固定增益和采集预处理效果等接收机关键性能指标开展仿真测试和数据分析，给出某型测控设备中的实际测试结果，验证了设计的多通道数字接收机满足某型测控系统实际使用需求。

针对特定功能的测控系统，可通过尝试调整接收机相关模块的设计参数，为特定功能接收机设计提供参考。

关键词：多通道；数字接收机；信号调理；采集预处理中图分类号：ＴＰ２９ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００－８８２９（２０２３）０７－００８０－０７ｄｏｉ：１０．１９７０８／ｊ．ｃｋｊｓ．２０２２．１０．３０９ＤｅｓｉｇｎａｎｄＴｅｓｔＭｅｔｈｏｄｏｆａＭｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌＤｉｇｉｔａｌＲｅｃｅｉｖｅｒＳＨＩＬｅｉ牞ＹＡＮＨｕａｉｂｉｎ牞ＹＵＪｕｎｓｈｅｎ牗ＳｈａｎｇｈａｉＭａｒｉｎｅＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｑｕｉｐｍｅｎｔＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ牞Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１１０８牞Ｃｈｉｎａ牘Ａｂｓｔｒａｃｔ牶Ａｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌｄｉｇｉｔａｌｒｅｃｅｉｖｅｒｆｏｒｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｎｄｅｘｔｅｓｔ牞ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓａｎｄｕｎｉｖｅｒｓａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｒｅｃｅｉｖｅｒａｒｅｓｈｏｗｎ．Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌｄｉｇｉｔａｌｒｅｃｅｉｖｅｒａｎｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｉｔｓｓｕｂｏｒｄｉｎａｔｅｍｏｄｕｌｅｓａｒｅｅｍｐｈａｓｉｚｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｓｔａｎｄｄａｔａａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｋｅｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｎｄｅｘｅｓｏｆｔｈｅｒｅｃｅｉｖｅｒ牞ｓｕｃｈａｓａｍｐｌｉｔｕｄｅａｎｄｐｈａｓｅｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ牞ｓｈｏｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔｎｏｉｓｅ牞ｆｉｘｅｄｇａｉｎａｎｄａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｅｆｆｅｃｔ牞ｔｈｅａｃｔｕａｌｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｉｎａｃｅｒｔａｉｎｔｙｐｅｏｆｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｒｅｇｉｖｅｎ牞ｗｈｉｃｈｖｅｒｉｆｉｅｓｔｈａｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎｅｄｍｕｌｔｉ ｃｈａｎｎｅｌｄｉｇｉｔａｌｒｅｃｅｉｖｅｒｍｅｅｔｓｔｈｅａｃｔｕａｌｕｓｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆａｃｅｒｔａｉｎｔｙｐｅｏｆｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｏｔｈｅｒｓｐｅｃｉｆｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｒｅ ｃｅｉｖｅｒｗｉｔｈｓｐｅｃｉｆｉｃｆｕｎｃｔｉｏｎｓｂｙｔｒｙｉｎｇｔｏａｄｊｕｓｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｒｅｃｅｉｖｅｒｒｅｌａｔｅｄｍｏｄｕｌｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ牶ｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌ牷ｄｉｇｉｔａｌｒｅｃｅｉｖｅｒ牷ｓｉｇｎａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ牷ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ 伴随着单片微波集成电路、微组装技术、Ａ／Ｄ采样电路、大规模可编程逻辑电路、多通道数字接收技术的快速发展，数字接收机几乎已经可以完全取代模拟接收机，成为当前接收机技术发展的主要方向。

题目: 电压控制增益可变放大器设计（VGA）设计216第四组摘要:基于压控增益放大器VCA822，设计一个能够对频率大于15MHz，幅值小于1V的信号进行调理的程控增益放大器。

该放大器增益17~58dB可调，具有自动增益控制的功能。

放大器的输出端用宽带运放AD811和分立元件搭建的推挽电路，加强该放大器的驱动负载的能力。

关键词：宽带放大器；VCA822；自动增益控制；推挽电路Abstract: Using FPGA as control core, a new method of designing a programmable gain amplifier which can handle with the signal that has the frequency more then 15MHz, and the amplitude less then 1V by using volt-controlling gain amplifier VCA822 is presented as following. The amplifier can be modulated from 10dB to 58dB, with the function of automatically controlling gain. The output side of this amplifier adopts the push-pull circuit constructed by wideband amplifier AD811 and discrete components, and enforces its ability of driving loads. Key words: wideband amplifier; VCA822; control of gain; push-pull circuit目录1、系统方案比较与设计 (3)1.1总体方案论证 (3)1.2主放大器选择 (3)1.3中间放大级方案论证 (3)1.4末级功率放大器方案论证 (4)2、理论分析与计算 (5)2.1带宽增益积分析 (5)2.2输出电压幅值 (5)2.3放大器稳定性分析 (5)3、单元电路设计 (5)3.1前级缓冲电路 (5)3.2增益可调的中间放大级 (6)3.3末级功率放大 (7)4、系统测试 (7)3.1测试方法 (7)3.2测试步骤 (8)3.3所用仪器设备 (8)3.4数据记录 (8)5、结论 (8)6、参考文献 (8)7、附录 (8)1、系统方案比较与设计1.1总体方案论证分析VGA放大器设计要求的指标，增益调节范围为17～58dB，带宽大于等于15MH，控制电压Vg= -1V～+1V，R i>10MΩ；当接50Ω的负载，要求Vop≥10V。