經過前置放大器的輸出信號，幅度還不一定滿足后級電路的要求。前面已經介紹，前置級的增益與動態範圍是矛盾的，因此常通過帶AGC的主放大器來保證信號幅度與動態範圍。
主放大器一般採用多級電壓放大器級聯實現，其中的放大單元是增益可調的，如差分放大器、雙柵FET構成的放大器，以根據信號幅度的大小動態調整放大器增益，信號幅度的大小可用峰值檢波電路來檢測。此外還可以用可變衰減器（如二極體）來改變放大器的增益，圖12.13是自動增益控制原理框圖，這裡AGC電壓不僅作用於主放大器改變其增益，還改變APD的偏壓，即改變倍增因子，實現增益自動控制。
現在隨著電路技術的發展，主放＋均衡的方式僅在低速系統中應用，在高速系統中由於動態範圍小，常用限幅放大器來代替。
主放大器
AGC電壓AGCZ的控制，從而使放大器增益可變。由於對大信號進行衰減，小信號進行放大，該放大器的動態範圍很寬，可達35dB左右。QS組成一個射級跟隨器，根據實際情況可帶均衡電路。Qg構成的放大器把信號分為兩部分，vout輸出給后級電路（如史密特觸發器、限幅放大器等），渾out則送至AGC環路。
D3、D4構成一個包絡平均值檢波電路，經過濾波和Ul構成的積分電路，獲得信號幅度的平均值信息，經過DS電平移位后產生AGC電壓AGCZ。UZ反相放大后的信號作為AGCI去控制可變衰減器。信號幅度大時，AGCZ減小，造成差放增益減小；同時，AGCZ加大，使得Dl、DZ工作在高偏壓區，等效交流阻抗減小，從而在QZ基極得到的信號幅度減小。信號幅度較小時，對應的控制過程正好相反。
經過上述自動增益控制過程，可以保證輸出信號的幅度基本不變。
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