高频-调频接收机设计报告.doc

目录摘 要2一、选题意义3二、总体方案42.1设计目的42.2.设计思路4三、调频接收机的基本工作原理5四、调频接收机的主要技术指标64.1工作频率范围64.2灵敏度64.3选择性64.4频率特性64.5输出功率6五、各部分性能分析75.1、高频放大电路75.2、混频电路85.3、 本振电路85.4 、混频器105.5、中频放大电路125.6 确定电路参数135.7、鉴频电路145.8、 低频放大电路155.9 电路参数：16六、 心得体会17七、 参考文献18简易调频接收机的设计摘 要本次课程设计，其目的是得到一个超外差式的调频接收机。所谓超外差，是指将所要接收的电台在调谐电路里调好以后，经过电路本身的作用，就变成另外一个预先确定好的频率，然后再进行放大和检波。这个固定的频率，是由差频的作用产生的。在超外差式调频接收机的设计过程中，应将其分为选频网络、高频放大、变频、中频放大、解调、低放和低频功放七个部分。但是在设计时必须全面考虑，妥善处理一些相互牵制的矛盾，特别要抓住主要矛盾（稳定性、选择性、失真等），才能使得接收机有较好的指标。超外差式接收机能够大大提高接收机的增益、灵敏度和选择性。超外差电路的典型应用是超外差接收机，其优点是：容易得到足够大而且比较稳定的放大量。具有较高的选择性和较好的频率特性。容易调整。缺点是电路比较复杂，同时也存在着一些特殊的干扰，如像频干扰、组合频率干扰和中频干扰等。随着集成电路技术的发展，超外差接收机已经可以单片集成。关键词：超外差，调频，本振，混频一、选题意义社会发展到今天，现代化的工具显得越来越重要。接收机的功能是恢复用于调制发射机的原始信号。该过程称作解调，实现这一恢复功能的电路称作解调器。检波器这一术语也在使用，有时将单个超外差式接收机的解调器称为第二检波器。对于模拟解调器，我们希望能够使失真和噪声最小，这样输出信号波形就会尽可能地接近原始信号了。数字解调的作用是产生或恢复出与发射机输入同样类型的数字输出，且具有尽可能少的误差和正确的信号速率。因此，模拟与数字信号解调器的性能测量方法是个同的。通常，数字解调器可在调制解调器中单独配制，也可与数字调制器一起构成发射机。此次高频电子线路课程设计主要设计出一个能够处理高频信号的实用电路。系统中的接收机单元对调频信号进行解调，恢复出原始的音频信号。一人在发射机单元对着话筒讲话，另一人在接收机单元通过耳机便可听到较清楚的话音。二、总体方案2.1设计目的1）掌握调频接收机整机电路的设计方法。2）学会如何将高频单元电路组合起来实现满足工程实际需要的整机电路。3）能够使用电路仿真软件进行电路调试。2.2.设计思路整个电路由六部分组成，分别为高频放大、混频、本振、中放、鉴频、低频放大。（1）高频放大：高频放大器是用来放大高频信号的器件（在接收机中，高放所放大的对象是已调信号，它除载频信号外还有边频分量）。根据高放的对象是载频信号这一情况，一般采用管子做放大器件，而且并联谐振回路作为负载，让信号谐振在信号载频。这样做的好处是：1）回路谐振能抑制干扰；2）并联回路谐振时，其阻抗很大，从而可输出很大的信号。（2）混频：混频是将高频放大信号和本振信号混合，输出一个中频信号，在调频电路中，本振信号必须是独立的，这是与调幅电路最大的一个区别。混频电路是一种典型的频谱搬移电路，可以用相乘器和带通滤波器来实现这种搬移。 （3）本振：本振电路用lc谐振回路来产生一个稳定的本地振荡频率，将这个稳定的谐振频率与高频放大输出信号混频，得到一个中频信号。 （4）中放：如果外来信号和本机振荡相差不是预定的中频，就不可能进入放大电路。因此在接收一个需要的信号时，混进来的干扰电波首先就在变频电路被剔除掉，加之中频放大电路是一个调谐好了的带有滤波性质的电路，所以接收机的选择性指标很高。超外差式接收机能够大大提高收音机的增益、灵敏度和选择性。因为不管电台信号频率如何都变成为中频信号，然后都能进入中频放大级，所以对不同频率电台都能够进行均匀地放大。中放的级数可以根据要求增加或减少，更容易在稳定条件下获得高增益和窄带频响特性。此外，由于中频是恒定的，所以不必每级都加入可变电容器选择电台，避免使用多联同轴可变电容器，而只需在调谐回路和本振回路用一只双连可变电容器就可完成接收。（5）鉴频：在鉴频器部分，采用比例鉴频器，普通鉴频器的线性范围较宽，调整较易，但在鉴频器前必须加上一级限幅器，而比例鉴频器则不需要但是为了得到良好的限幅特性，必须仔细调整比例鉴频器的工作状态与电路参数，也可以在前一级加一个限幅器。（6）低频放大：一般从鉴频器输出的信号都比较小，为了得到我们所需的信号，必须将输出信号进行放大。一般采用三极管放大电路来实现这一功能。因为本次设计是音频信号，所以采用运算放大器效果比较好。 高频电路很容易受到干扰，所以对信号的要求比较高，在中频放大器电路的输出端，如果直接接鉴频器，很可能得到很多不需要的波形，用滤波器很难滤除，所以在鉴频器的输入端加一级限幅器，去除不需要的波，使输出更为纯净。三、调频接收机的基本工作原理其基本框图如下：天线线中频放大器高频放大混频器本地振荡器检波器低频放大器扬声器调谐回路一般调频接收机的组成框图如图一所示。其工作原理是：天线接受到的高频信号，经输入调谐回路选频为f1，再经高频放大级放大进入混频级。本机振荡器输出的另一高频 f2亦进入混频级，则混频级的输出为含有f1、f2、（f1+f2）、（f2-f1）等频率分量的信号。混频级的输出接调频回路选出中频信号（f2-f1），再经中频放大器放大，获得足够高增益，然后鉴频器解调出低频调制信号，由低频功放级放大，驱动扬声器。 从天线接收到的高频信号f1，经过混频、滤波成为固定中频f= f2 f1的接受机，称为超外差式接受机。由于天线接收到的高频信号经过混频成为固定的中频，再加以放大，因此接收机的灵敏度较高，选择性较好，性能也比较稳定。四、调频接收机的主要技术指标4.1工作频率范围接收机可以接受到的无线电波的频率范围称为接收机的工作频率范围或波段覆盖。接收机的工作频率必须与发射机的工作频率相对应。频率范围：5351065khz，中频频率：465khz。4.2灵敏度接收机接收微弱信号的能力称为灵敏度，通常用输入信号电压的大小来表示，接收的输入信号越小，灵敏度越高。调频广播收音机的灵敏度一般为530uv。4.3选择性接收机从各种信号和干扰中选出所需信号（或衰减不需要的信号）的能力称为选择性，单位用db（分贝）表示db数越高，选择性越好。调频收音机的中频干扰应大于50db。4.4频率特性接收机的频率响应范围称为频率特性或通频带。调频机的通频带一般为200khz。4.5输出功率接收机的负载输出的最大不失真（或非线性失真系数为给定值时）功率称为输出功率。五、各部分性能分析5.1、高频放大电路高频放大器是用来放大高频信号的器件，在接收机中，高频放大器放所放大的对象是已调信号，它除载频信号外还有边频分量）。根据高放的对象是载频信号这一情况，一般采用管子做放大器件，而且并联谐振回路作为负载，让信号谐振在信号载频（若有边频分量，便要设计回路的通频带能通过边频，使已调信号不失真）。这样做的好处是：1）回路谐振能抑制干扰；2）并联回路谐振时，其阻抗很大，从而可输出很大的信号。对高放的主要要求是:(1) 工作稳定：放大器可能会产生正反馈，它影响放大器的稳定工作，严重时，会引起振荡，使放大器变成振荡器，从而完全破坏了放大器的正常工作。因此，在正常工作中要保证放大器远离振荡状态而稳定的工作。（2）选择性好，有一定的通频带。（3）失真小，增益高，并且工作频率变化时增益变动不应过大，工作频率越高，晶体管的放大能力越小，增益越低。增益变化太大时，则灵敏度相差将很悬殊。共射级接法的晶体管高频小信号放大器。他不仅要放大高频信号，而且还要有一定的选频作用，因此晶体管的负载为lc并联谐振回路。在高频情况下，晶体管本身的极间电容及连接导线的分布参数等会影响的频率和相位。晶体管的静态工作点由电阻ra2,ra3,ra4及ra6决定，其计算方法与低频单管放大器相同。从天线anta1接收到的高频信号经过ca1、cca1、la1组成的选频回路，选取信号为fs=10.7mhz的有用信号，经晶体管qa1进行放大，由ca3、ta1初级组成的调谐回路，进一步滤除无用信号，将有用信号经变压器和cb1耦合进入mc3361。5.2、混频电路本次设计的高频放大电路运用的核心器件是场效应管。场效应管放大器有以下优点：场效应管栅流小，输入阻抗高， 大。放大时工作在几乎不随改变的区域，输出阻抗高。因输入输出阻抗高，故回路可直接与管子相连，而不一定要经过阻抗变换器。当然，在频率相当高时，因输入输出阻抗急剧下降，并且为了匹配，场效应管亦应通过阻抗变换网络与回路相连。内部反馈比晶体管小。这是因为反馈导纳比普通晶体管的小。在频率很高时，通过的反馈较大，这时可用中和法消除的影响。场效应管的转移特性为平方曲线，不产生包络失真、交叉调制、三阶互调，阻塞电平可达3-4v。当然，实际特性不可能是理想平方曲线，因而总会有些失真，不过他比一般的晶体管要小的多。噪声系数小。5.3、 本振电路在本次设计中，采用改进型电容三点式振荡电路。因为本振电路的输出频率要与高频放大电路的输出信号进行混频，得到一个中频信号。所以要求本振电路的输出频率必须很稳定，所以采用了改进型电容三点式。如果本振电路的输出不稳定，将引起变频器输出信号的大小改变，振荡频率的漂移将使中频改变。振荡器的振幅与振荡管的特性以及反馈电路的特性有关，当温度及其它管子与反馈电路的特性改变时，振幅也就会改变。为了稳定振幅，可在各波段振荡器的反馈线圈上并联不同的电阻以平滑电抗元件的频率特性，还可用自动增益控制稳定振幅。本次设计的电容改进型电路图如下所示:电容反馈改进振荡电路等效电路上面第一个图是一个电容反馈改进振荡器电路，其交流等效电路电路如上面第二个图所示。等效电路中c为 由等效电路知此电路中是基极接地，ce之间为c1，be之间为c2，cb之间为l与c串联的等效电抗；在振荡频率处，选择，即l与c串联后等效为一个电感，因此此电路是电容反馈振荡器。因为振频等于谐振频率，决定于式中 由上式可得若选择c1c，c2 c，则f0与c1及c2近似无关，这样，与c1,c2并联的分布电容如c11及c22对频率的影响很小了，频率稳定得以提高。对于提高振荡电路的稳定度有以下几种方法：（1）提高回路的q值。q值高，可使频率稳定。回路q值主要由电感的q值决定，故要提高电感的q值。为此应尽量减小损耗而加大特性电阻。不过，的提高有一定限制，l太大时，损耗也大，而且c太小时并联在回路中的杂散电容可与c相比拟，杂散电容将显著影响频率的稳定。为了减小线圈的损耗，可用高频损耗小的线圈固架。 （2）减小负载的影响。减小振荡回路和负载间的耦合程度可减弱负载的影响，不过这时传送到负载上的振荡信号也小了，故振荡要求更强。在振荡器和负载之间加一级射极输出器可改善负载对振荡器的影响，因射极输出器之输入阻抗较高，隔离作用较好，同时不增加振荡功率的要求。5.4 、混频器 混频器是一个变频电路，一般用相乘器，高频放大电路和本地振荡电路的输出信号加到混频器的输入端，得到一个差频。调谐回路的输出，进入混频级的是高频调制信号，即载波与其携带的调制信号。经过混频，输出载波的波形变得很稀疏其频率降低了，但音频信号的形状没有变。通常将这个过程 ( 混濒和本振的作用 ) 叫做变频。从频谱观点上来看，混频的作用就是将已调波的频谱不失真的从的位置上，因此，混频电路是一种典型的频谱搬移电路，可用相乘器和带通滤波器来实现这种搬移。如图3所示频谱电路混频电路的原理是：把本机振荡产生的高频等幅振荡信号f1，与输入回路选择出来的广播电台的高频已调波信号f2同时加到非线性元件的输入端。利用元件的非线性作用（晶体管的非线性作用）进行混频。混频结果：输出频率为f1、f2以及频率为f1+f2、f1f2、高次谐波等多种信号。 在本次设计中我们采用二极管环型混频器，二极管环型混频器的优点是工作频带宽，可达到几千兆赫，噪声系数低，混频失真小，动态范围等，但其主要缺点就是没有混频增益。由于混频器处于接收机的前端，它的噪声电平高低对整机有较大的影响，因此要求混频器的噪声系数越小越好。由于混频依靠非线性特性来完成，因此在混频过程中会产生各种非线性干扰，如组合频率，交叉调制，互相调制等干扰。这些干扰将会严重的影响通信质量，因此要求混频电路对此应能有效的抑制。二极管环型混频电路上图是二极管混频电路的原理图，图中us、rs1为输入信号源，ul、rs2为本振信号源，rl为中频信号的负载。为了保证二极管工作在开关状态，本振信号ul的功率必须足够大，而输入信号us功率必须远小于本振功率。实际二极管环型混频器组件各端口都必须接入滤波匹配网络，分别实现混频器与输入信号源本振信号源、输出负载之间的阻抗匹配。5.5、中频放大电路中放的作用有两个主要作用：（1）提高增益，因中频低于信号频率，晶体管的y参数及回路谐振电阻等较大，因此易于获得较高的增益。差外差接收机检波前的总增益主要取决于中放。（2）抑制邻近干扰。对中放的主要要求是工作稳定，失真小，增益高，选择性好，有足够宽的通频带。对于高放，因工作频率高，通频带宽，故高放回路的q值越高越好，这时不必顾虑b太窄的问题；但对于中放，由于工作频率较低，若回路q值过高，频带可能太窄而不能通过全部信号分量，故希望他在要求的通频带条件下选择性越高越好，也就是要求谐振曲线接近矩形。实际谐振曲线很难做到理想矩形，为了衡量实际谐振曲线接近矩形的程度，引入矩形系数，式中为通频带。本次设计的中频放大电路如图所示：中频放大电路信号从变频器输出，通过变压器b10加到第一级中放bg4. bg4为双回路放大器，b11的初级和c38构成初级回路。b11的次级和b12的初级构成次级回路的电感，而电容是c40。两者组成电感耦合对称双回路。bg4集电极以自耦变压器方式接到初级回路，bg5的输入电阻通过变压器b12变换为大一些的输入电阻后和b12的初级并联。因b11的次级线圈数n45只有一圈，而可忽略。r22及c34是自动增益控制滤波器。bg4既通过r15加有固定偏压，有通过r22加有自动增益控制电压，此外，射极还有偏压。第二级中放bg4.单回路中放，与检波器以变压器b13耦合。其余元件作用和bg4的相同。r16用的较大，使接收小信号的自动增益控制作用启动的晚一些，以提高小信号的灵敏度。bg5的工作电流较大，约1.6-2ma，以获得较大的增益和动态范围。5.6 确定电路参数（1）管子主要根据工作频率选定，晶体管的特征频率ft应大于中频的5-10倍（至少3倍）。电路型式主要根据矩形系数、通频带决定。单回路放大器矩形系数差，频带窄；在矩形系数要求不高，通频带小于3mhz时才使用单回路放大器。参差调谐放大器矩形系数好，通频带最宽，但调整较烦；双回路放大器矩形系数较好，通频带较宽。（2）求ql:由求出每级通频带b，再由b求出每个回路的等效q值。（3）决定回路电容和电感：由可得，当不大时，偏导数 可用 代替，即于是的绝对值为 通常要求满足由以上式子可得回路的总电容为外接电容与分布电容之和 。 是比较稳定的，而可能变化，计算中通常取的变化为的10%，即所以 回路电容为5.7、鉴频电路鉴频器的任务是从调频信号中检出调制信号，它包括变换部分及振幅检波器部分。普通鉴频器的线性范围较宽，调整较易；但由可以看到，u=正比于前级集电极电流的基波幅度icm1，鉴频前若无限幅器，则icm1不为常数，于是u=将随icm1即接收信号的大小改变，而不能去掉寄生调幅的影响。故用普通鉴频器时，前面必须使用限幅器。但限幅器要求较大的输入信号，这导致限幅前高频级数的增加哦。比例鉴频器可改正这一缺点，它能同时完成限幅及鉴频的任务，其输入信号不必太大。比例鉴频器的u=为普通鉴频器的一半。但因比例鉴频器有限幅作用，其输入信号即鉴频器输入端初级回路电压约只有0.1v即可工作。所以在本次设计中采用了比例鉴频器，其单元电路图如下所示：鉴频电路图中c1是高频滤波电容，r及c是减重网路，它用来提高抗干扰性。其作用原理是：在发射机中用加重网络加重高音，接收时用减重网络削弱高音，于是不存在高音频率失真。这样一来，减重网路把高音端的干扰削弱了，故接收机的信噪比得以提高；或者说，减重网络压缩了通频带，减小了噪声。图中电容c上的输出电压在高音时因c的电抗减小而下降。5.8、 低频放大电路检波滤波后的音频信号由电位器rp送到前置低放管vt4，经过低放可将音频信号电压放大几十到几百倍，但是音频信号经过放大后带负载能力还很差，不能直接推动扬声器工作，还需进行功率放大。旋转电位器rp可以改变vt4的基极对地的信号电压的大小，可达到控制音量的目的从鉴频器输出的信号一般很小，所以在输出极一般采用低频功率放大电路，如果是音频信号，可以外加一个喇叭。单元电路如图所示：低频放大电路 5.9 电路参数：选择振幅检波二极管。选定回路电容。求回路电感 选定及，求及 验算：在比例鉴频中，故求负载电阻 =4-8求,因为k可按下式求出：故 = 求u= 调试收音机装焊完成后，必须先检测装焊有无问题，如用万用表测量整机工作电流和各工作点电压来判断电路工作是否正常。一台不经过调整的收音机可能收不到电台或声音很小，要提高收音机的灵敏度、选择性和收听频率范围，还必须经过调整。在通电调试之前，要对照印刷电路图认真检查元器件有无错漏的地方，焊点之间有没有短路现象，元器件引线之间有无相碰现象等。调试前的检查:1）检查三极管及其管脚是否装错，振荡变压器是否错装中频变压器，各中频变压器是否前后倒装，是否有漏装的元件。2)天线线圈初次级接入电路位置是否正确。3)电路中电解电容正负极性是否有误。4）印刷线路是否有断裂、搭线，各焊点是否确实焊牢，正面元件是否相互碰触。六、 心得体会一周的高频电路课程设计进行的很快，眨眼就过去了，虽然只有一周的时间但是感觉却是那么漫长，当我拿到课题时我不知道从何下手，急得我不知如何是好，我想着主要原因是没学好高频电子线路着门课。但是车到山前必有路，