电子毕业论文-无线调频接收机

2013 届本科毕业设计（论文）绪论随着现代高新技术的快速发展，无线通信已经是被公认了的最好的通信方式。同时无线通信又分为无线模拟通信和无线数字通信。无线模拟通信是原始的无线通信，是它打开无线通信的大门，虽然刚出现的时候还有很多不足，但是为后来的无线通信事业产生了巨大的推动力。无线数字通信，它是在无线模拟通信的基础上发展起来的，比无线模拟通信有很多优点，加上技术上的成熟，所以近些年来无线数字通信得到迅速的发展。在无线通信快速发展的同时，无线通信技术得到了迅速发展，从过去的调幅（AM） 、调频（FM） 、调相（PM ）到幅度键控（ ASK） 、频移键控（FSK） 、相移键控（PSK）再到正交振幅调制（QAM） 、交错正交相移键控（OQPSK） 、高斯最小频移键控（GMSK ）等。当然还会有更先进的技术出现。在无限模拟通信技术中就数调幅（AM） 、调频（FM） 、调相（PM ）这三种了，而用的最广泛的有调幅（AM ）和调频（FM ） ，在日常生活中的中波广播就是运用调幅（AM）调制技术，普通的调频广播就是运用了调频调制技术而得名的。而在接收终端，目前市场上的产品可谓是五花八门，作为用户手中的产品，其实用是最重要的。终合的来看，其主要拥有的功能有数字显示、数字调谐、电脑存储电台、时钟控制功能、短时录音功能等。本设计的无线接收机只是无线模拟通信的一个终端，用于接收采用调频调制的广播信号、校园广播信号、电视伴音信号等，还可以用来组建个人无线单向通信网络。本设计课题作为本人对无线模拟通信系统的理解的切入点，可以说是比较合适，因为本设计涉及的大部分技术都已经接触过的，也是无线模拟通信系统很成熟的技术理论知识，而且许多知识也是某些课程学习的重点，所以这样一方面可以检验本人对课程知识的掌握情况，达到检测学习情况的目的。另一方面，为走上工作岗位作一定的铺垫作用。介于此目的，本设计也有所开放性的地方，如可以根据自己的能力进行电路设计，可加入其他一些本设计没做要求的实用性电路。如电源指示等等。在本设计中需要解决的问主要有以下几点：（1）.接收机接收的的频率范围要宽（55MHz108MHz） ；（2）.接收机接收信号的灵敏度要 5 V；m（3）.接收机接收信号的选择性 46dB；（4）.接收机接收信号的信噪比 60dB；（5）.接收机输出的音频信号功率 100mW。2013 届本科毕业设计（论文）要解决这些问题最主要的是选择的元器件要满足要求，然后在电路优化方面下功夫。本设计选择集成电路 TDA7021T 作为本接收机系统电路的核心，其主要参数均满足以上要求，有接收信号频率范围 1.5MHz110MHz，灵敏度 4 V ，m选择性 46dB，信噪比 60dB。虽然这些性能都达标了，但是由于电路的外围元器件的影响而可能有些参数受到影响，所以在选择集成电路时特别重要，要选择由一定宽余量的集成电路。另外外围元器件的选择也特别重要，很可能由于外围电路元器件选择不当有达不到要求，这样就会功亏一篑，所以在降低成本的同时要对元器件慎重选择。另外在音频输出功率方面，仅由该芯片不能达到要求，所以本设计另外设计了一由三极管构成简单的共发射极放大器。在调谐振荡的频率范围时，由于要求调谐的频率范围较宽，本设计出来采用接收范围宽的集成电路TDA7021T，而且在调谐时还采用双可调系统，即谐振电路的电感、电容值的大小均可调，这样就可以达到本设计的接收频率范围宽的要求。2013 届本科毕业设计（论文）第一章 无线通信系统基础通信是人类社会生活的重要组成部分，广义地说，凡是在发信者和收信者之间，以任何方式进行消息的传递，都可称为通信。实现消息传递所需设备的总和，称为通信系统。以电信号为消息载体的通信系统，称为现代通信系统。1.1 通信系统分类 通信系统的基本组成如图 1-1 所示。图 1-1 通信系统的基本组成框图由通信系统的基本组成可以知道：根据信道的不同可以分为有线通信和无线通信，有线通信是指通过明线、对称电缆、同轴电缆、光纤等信道进行传输。无线通信则通过长波的地波传播、短波的电离层反射、超短波或微波的视距传播（含微波中继和卫星中继）以及各种散射等进行传输。根据信息源产生的基带信号的物理特征，将通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。1.1.1 模拟通信系统模拟通信系统可用如图 1-2 所示的通信系统模型表示。发送端的信息源将要传送的话音、音乐和图像等连续变化的模拟信息，转变成连续变化的原始电信号。这种原始电信号是具有频率较低的频谱分量，一般不能直接在信道中传输。这种频率较低的携带信息的原始电信号称之为基 图 1-2 模拟通信系统模型 2013 届本科毕业设计（论文）带信号。为了实现信息的传输，必须把基带信号变换成频率较高且适合在信道中传输的高频电信号。这种变换过程通常称之为调制，实现调制功能的电路称之为调制器。调制后的电信号称之为已调信号。已调信号是携带信息且适合在信道中传输的高频电信号。在接收端，必须将信道送来的已调信号再变换成基带信号。这一变换过程称为解调实现解调功能的电路称之为解调器。解调输出的基带信号，还必须由模拟终端重新恢复成连续变化的模拟信息（话音、音乐和图像等） ，例如通过喇叭和显像管播放声音和图像等。在无线模拟通信系统中，传输媒介是自由空间。根据电磁波的波长或频率范围，电磁波在自由空间的传播方式不同，且信号传输的有效性和可靠性也不同，由此使得通信系统的构成及其工作机理也有很大的不同。1.1.2 数字通信系统数字通信系统是把数字信号作为载体传送消息的通信系统，传输的信号是“离散”或“数字”的。数字通信系统是一种传输数字信号的系统，或者说是利用数字信号来传输信息的通信系统，其基本组成框图如图 1-3 所示。图 1-3 数字通信系统的原理框图图 1-3 中的信息源产生和发出信息信号。如果信息原来是非电量的，则信息源还必须将其变换成便于通信系统传输的电信号。受信者是通信系统的终端没争，用来接收信号并还原出原来的信息。发送设备包含信源编码器、信道编码器和数字调制器；接收设备包含数字解调器、信道译码器和信源译码器。前者的任务是把信源输出的消息变换成便于在信道上传送的信号；后者完成相反的过程，即把信道输出的信号变换成接收者需要的消息。信源编码器的作用是将信源输出的信号变换成适合于数字通信系统处理和传输的数字信号。如果信源输出的信号是模拟信号，则信源编码器首先应对其脉冲编码调制（PCM) ，简称为编码。信源译码器的作用与信源编码器相反，其功能是还原出信息信号。2013 届本科毕业设计（论文）信道编码与译码在通信系统中是成队出现的。信道编码器处于系统的发送端，信道译码器处于接收端，它们的作用是解决数字通信的可靠性问题。编码器输出的信号（即编码脉冲序列）是数字基带信号，可以直接在市话电缆等有线信道中传输。我们称这类系统为数字基带系统。但是对于大多数的无线及微波信道、卫星信道、光缆及高频电缆信道等，它们共同的特点是具有带通信道特性。为了使基带信号与带通型信道匹配，则数字调制与解调是必需的。这样的系统也称为数字调制系统。将数字基带信号调制到高频信号上的过程称为数字调制。它的主要功能是提高信号在信道上的传输效率，或是达到信号复用的目的，或是减少传输引起的失真。解调是调制的逆过程，是从已调信号中恢复出原来数字信号的过程。利用调制技术来传输数字信号的方式称为频带传输。基带传输与频带传输都属于数字信号传输的范畴。另外，同步系统是数字通信系统的重要组成部分。所谓同步，是指通信系统的收、发双方具有统一的时间标准，它们的工作“步调一致” 。与模拟通信相比，数字通信有很多优点，但是数字通信也有其不足之处，主要有两点。一占用系统的频带（即信道频带）较宽。二是在数字运信系统中必须具备有同步系统，从而使系统的结构较复杂。1.2 无线电波段的划分和无线电波的传播1.2.1 无线电波段的划分目前无线电通信系统使用的频率范围从几十千赫到几十吉赫，这样宽广范围的高频信号，在信号的产生、放大、发送和接收方法等方面就大不一样，特别是不同频率的无线电波的传播特点更不相同。为了便于分析和应用，习惯上将无线电的频率范围划分为若干个区域，称为频段，也称波段。无线电波在空间传播的速度与光速相同，为 ，高频信号的频率8310/cms与其波长 的关系为 ()fHz()mf无线电波段可以按频率划分，也可以按波长划分。表 1 列出了按波长划分的波段名称、相应的波长范围及相应的频段名称。 表 1 波段的划分波段名称 波长范围 频率范围 频段名称超长波 100-10 km 3-30 kHz 甚低频 VLF长波 10-1 km 30-300 kHz 低频 LF2013 届本科毕业设计（论文）中波 1000-200 m 0.3-1.5 MHz 中频 MF短波 200-10 m 1.5-30 MHz 高频 HF超短波（米波） 10-1 m 30-300 MHz 甚高频 VHF分米波 100-10 cm 0.3-3 GHz 特高频 UHF厘米波 10-1 cm 3-30 GHz 超高频 SHF毫米波 10-1 mm 30-300GHz 极高频 EHF微波亚毫米波 1-0.1 mm 300-3000GHz 超极高频光波 100-1 m3-300 THz1.2.2 无线电波的传播无线电波的传播是无线通信系统的一个重要环节。无线电波传播方式大体可分为三种：沿地面传播、沿空间直线传播、依靠电离层传播。电磁波沿地面传播的示意图如图 1-4 所示。由于地面不是理想的导体，当电磁波沿其表面传播时必将有能量的损耗，这种损耗随电波频率的升高而增加。因此，通常只有中、长波范围的信号适宜于沿地面传播。不过因为地面的导电特 图 1-4 电波沿地面传播性比较稳定，不会在短时间内有很大的变化，所以电波沿地面的传播比较稳定，传输距离也比较远，故可用于导航和播送标准的时间信号。电磁波沿空间直线传播的示意图如图 1-5 所示。频率超过 30MHz 以上的超短波主要沿空间直线传播。由于地球表面是弯曲的，这种传播的距离只能限制在视线范围内，所以传播的距离是有限的。但可以通过架空天线、中视广播以及雷达、导航系统中。继或卫星等方式来扩大传播距离。电磁波直线传播方式主要应用于中继通信、调频和电视广播以及雷达、导航系统中。图 1-5 电波的空间直线传播 图 1-6 电波依靠电离层的传播2013 届本科毕业设计（论文）频率在 1.530 范围的短波主要依靠电离层的折射和反射进行传播，如图 MHz1-6 所示。由于地球的表面的大气层，受到太阳的照射，大气层上部的气体将发生电离而产生自由电子和离子，被电离了的这一部分大气层称为电离层。电磁波到达电离层后，一部分能量被吸收掉，一部分能量被反射和折射到地面，频率较低的电波容易从电离层反射到地面，频率较高的则容易穿过电离层，不能返回地面。利用电离层反射可以实现信号的远距离传输，所以短波通信常用于远距离无线电广播、电话通信以及中距离小型移动电话等。1.3 无线接收机的体系结构无线接收机的功能是在强干扰和噪声存在的情况下能成功解调所需要的信号。接收功率是发射机与接收机之间的距离和周围环境的函数。因此，接收机输人端的射频功率在各个地点都互不相同，可以从几 （飞瓦，即 W ）到f150（微瓦） ，这要求系统应具有一个很大的动态范围。除了考虑大的动态范围和W噪声之外，接收机还需要考虑把成本降到最低和把功耗降到最小。1.3.1 超外差接收机体系结构超外差体系结构自从 1917 年由 Armstrong 发明以来，已被广泛采用。超外差接收机双变频体系结构如图 1-7 所示。通过观察一些主要接收机节点的无线电频谱，可以很好地理解该结构的工作和频率变换。位于低噪声放大器 LNA ( Low Noise Amplifier）前面的射频滤波器用于衰减带外信号和镜像干扰。使用可调的振荡器，全部频谱就被下变频到一个固定的中频 IF ( Intermediate Frequency） 。在下变频模块之前使用一个外部镜像干扰抑制滤波器，可以使镜像干扰被大大削弱，达到一图 1-7 超外差接收机双变频体系结构2013 届本科毕业设计（论文）个可接受的水平。在下变频之后使用中频滤波器可以正常进行信道选择，也可以对后面的各个模块降低动态范围要求。在确定接收机的选择性和灵敏度方面，中频的选择是很重要的。因为超外差体系结构通过适当地选择中频和滤波器可以获得极佳的选择性和灵敏度，所以被认为是最可靠的接收机拓扑结构。由于有多个变频级，DC 补偿和泄漏问题不会降低接收机的性能，但需要付出一些成本以获得充分的性能。镜像干扰抑制和信道选择所需要的外部高 Q 带通滤波器增大了成本和尺寸。由于在第一中频分级实现信道选择，所以要求本机振荡器（LO）具有一个外部缓冲器，以得到较好的相位噪声性能。1.3.2 零一中频接收机体系结构在集成的射频接收机中，消除片外元件的设想促使零一中频接收机体系结构的出现。零一中频接收机体系结构如图 1-8 所示。图 1-8 零一中频接收机体系结构这是一个用于直接序列扩频系统的直接变频（零一中频）接收机。该系统包括锁相环 PLL ( Phase Locked Loop） 、接收信号强度指示器 RSSI (Received Signal Strength Indicator）和片上滤波器，完成频域内相应的下变频处理过程。在该拓扑结构中，全部射频频谱下变频到 DC。高滚降低通滤波器（ high Roll-off low-pass filter）用来实现信道选择。该拓扑结构消除了镜像干扰问题，因此无须使用外部高 Q 镜像干扰抑制滤波器。零一中频结构消除片外元件，使得该体系结构更具集成性。该体系结构要求较低的镜像干扰抑制，并且镜像干扰抑制滤波要在片内完成。由于只有一个本振用于下变频信号，所以减少了混频处理。总之，该体系结构在节约成本、减小芯片面积和功耗方面是极佳的。然而，随时间而改变的 DC补偿、本振泄漏和闪烁噪声引起的问题会妨碍信号的检测。通过使用适当的数字信号处理器（DSP）或自动归零功能，DC 补偿问题可以得到纠正。因为在下变频之前没有提供滤波功能，所以高线性混频器可用于避免失真。2013 届本科毕业设计（论文）1.3.3 低一中频接收机体系结构集成的片上带通滤波的概念引出了低一中频接收机拓扑结构。在该体系结构中，中频处于低频率（典型为几百 kHz) ，因此需要低 Q 信道选择滤波器。图 1-9 是低一中频体系的基本结构。该结构可以完成相应频域下的变频处理。射频频谱首先被多相滤波器放大并滤波，在滤波器输出端产生综合信号。该信号随后下变频到正交低一中频，典型的是 1/2 个信道带宽的数量级。该正交下变频处理利用了综合混频器。综合混频器只混合正射频频率和一个负本振频率，因此实现了主动的镜像干扰抑制。 图 1-9 低一中频接收机体系结构低一中频体系结构适于集成，因为在混频器之后使用低 Q 带通滤波器就实现了镜像干扰抑制和信道选择。不像零一中频体系结构，低一中频体系结构对于寄生的 DC 补偿、本振泄漏和 IM2 是不敏感的。该体系结构也能灵活地以多种方式处理信号。在信号路径中实现非对称多相滤波器以加强镜像干扰抑制，会产生插人损耗和引起噪声降低。此外，当该拓扑结构用于宽信道带宽应用时，会导致电流消耗的增加。另外，还需要良好相位噪声的可变高频本振，增加了合成器的设计难度。1.3.4 宽带双一中频接收机体系结构宽带双一中频接收机是加州大学伯克利分校（UC Berkeley）的研究者提出的一种很吸引人的方法，是将零一中频和外差体系结构结合起来以优化功耗和性能。其功能框图如图 1-10 所示。它可完成相应的下变频过程。该方法类似于超外差体系结构，使用多个中频级。第一中频处于高频（几百 MHz） 。使用固定的 LO1 将全部射频频谱首先下变频到一个高中频。该方法有利于集成，可降低成本。而且，固定的 LO1 使低相位噪声高频合成器的设计容易，并可以降低功耗。因为第一中2013 届本科毕业设计（论文）频固定为高频，所以反馈分频器要求较低的分频比，这样能成进 LO1 的整体相位噪声性能。该拓扑结构尽管不存在本振泄漏问题，但仍然没有解决DC 补偿和 IM2失真问题。在中频和射频之间，该体系结构也存在信号串扰现象，因此使用低通滤波器进行信道选择，而不使用电流消耗大的带通滤波器，从而可得到 55dB 的镜像干扰抑制。图 1-10 宽带双一中频接收机体系结构2013 届本科毕业设计（论文）第二章 无线接收机系统方案的选择2.1 选择的方案由第一章的内容介绍了各个系统方案，本设计从现有技术状况出发，结合实际的条件决定选择以下方案：（1） 无线模拟通信系统；（2） 超外差接收机体系结构。2.2 方案的论证2.2.1 无线模拟通信系统 在这主要要两个方面的辩证：一是无线通信与有线通信；一是模拟通信与数字通信。2.2.1.1 无线通信与有线通信的辩证 在现实的生活中，我们很明显的发现无线通信要比有线通信更多优点，主要表现在以下几个方面：（1） 设备成本方面有线通信因为要架设明线、电缆等，需要比无线的耗资更大。并且随通信距离的增大而增加。（2） 设备维护方面有线通信因为传输的信号是通过明线或电缆等传输的，所以当通信系统出现故障时，就不仅是发射或接收设备出现故障的原因，而且还可能是传输用的电缆或明线的故障。（3） 通信距离方面在有线通信系统中，想要增大通信距离时，必须得增加大量的成本设备。而在无线通信中，只须在通信的发射设备上增加它的发射功率或在接收设备上增加接收灵敏度就可以。所以在一样的成本状况下，无线通信要比有线通信的通信距2013 届本科毕业设计（论文）离远得多。2.2.1.2 模拟通信系统与数字通信系统的辩证 在模拟通信系统和数字通信系统中，数字通信系统占有很多的优点，比如数字通信的抗噪声性能好、传输的信息种类多、易实现通信的自动化和智能化等。但是数字通信也有其不足之处：（1） 占用系统的频带（即信道频带）较宽以电话为例，一路模拟电话仅占 4 KHz 的带宽，而一路数码率为 64 Kbit / s的数字电话却要占 64KHz 的带宽。可见，数字通信的频带利用率比模拟通信差得多，可以认为数字通信的许多优点是以信号频带为代价而换取的。（2） 系统的结构在数字运信系统中必须具备有同步系统，从而使系统的结构比较复杂。其系统设备也比较复杂，从而使使用和维护也增加难度。综合上面的分析，然后结合现实的技术状况，本设计从设备电路简洁出发，选择模拟通信系统。2.2.2 超外差接收机体系结构在 1.3 节中着重介绍了目前技术比较流行的各接收机体系结构，而由于在上一节中考虑成本和技术的原因选择了无线的模拟通信系统，所以为了整合技术上的统一从而达到成本上的节约、技术上的成熟以及设备电路上的简洁，本设计选用目前市场上技术较为成熟的超外差接收机体系结构。结合前面无线模拟通信系统，选择超外差接收机体系结构能达到以下几个效果：（1） 节约设备成本；（2） 成熟的技术支持；（3） 设备电路简洁。2013 届本科毕业设计（论文）第三章 电子元器件的选择电子元器件作为构成电子电路的基础，在本设计的无线接收机的电路结构中也必须用到电子元器件，所以下面就着重介绍一下电子元器件，并进行选择。3.1 电阻器的选择电阻器是电子电路中应用最多的元件之一，它在电路中起限流、分流、降压、分压、负载和匹配等作用。3.1.1 电阻器的分类电阻器的分类有很多，具体分类情况有以下几种：按结构形式可分为：一般电阻器、片形电阻器、可变电阻器（电位器） 。按材料可分为：合金型、薄膜型和合成型。按用途可分为：普通型：允许误差为 、 、 等。5%102精密型：允许误差 。2.高频型：亦称无感电阻，功率可达 100W。高压型：额定电压可达 35KV。高电阻型：阻值为 10100 。M熔断型：亦称保险丝电阻器。敏感型；阻值对温度、压力、气体等敏感，3.1.2 电阻器的主要技术指标1额定功率 电阻器在电路中长时间连续工作不损坏，或不显著改变其性能所允许的最大功率称为电阻器的额定功率。电阻器的额定功率是它在电路中工作允许消耗功率的限额。不同类型的电阻器有着不同系列的额定功率。2标称阻值 阻值是电阻器的主要参数之一，不同类型的电阻器，阻值范围不同，不同精度的电阻器其阻值系列不同。2013 届本科毕业设计（论文）3精度 实际阻值与标称阻值的相对误差称电阻精度，也称允差。普通电阻的精度可分为 、 、 等，精度电阻的精度可分为 、 、5%1022%1 等十多种系列。在产品设计中，可根据电路的不同要求选用0.5.不同精度的电阻器。4温度系数 所有材料的电阻率，都随温度变化而变化，电阻器的阻值同样如此。在衡量电阻器温度稳定性时，常使用温度系数： 021(/)TRCt式中， 为温度为 时的电阻值， 为温度为 时的电阻值。金属膜、合金1R1t22t膜电阻，具有较小的正温度系数，碳膜电阻具有负温度系数。5非线性 流过电阻中的电流与加在两端的电压不成比例变化时，称非线性电阻。一般金属型电阻线性度很好，非金属型电阻线性度差。6噪声 噪声为产生于电阻器中的一种不规则电压。它包括热噪声和电流噪声两种。任何电阻器都有热噪声，降低电阻器的工作温度，可以减少热噪声；电流噪声与电阻器内的微观结构有关，合金型无电流噪声，薄膜型较小，合成型最大。7极限电压 电阻器两端电压增加到一定值时，会发生烧毁现象，使电阻器损坏，根据电阻器的额定功率可计算电阻器的额定电压，当所加电压升高到一定值不允许再增加时的电压，称为极限电压。它受电阻器尺寸及结构的限制。3.1.3 电阻器的标志内容及方法电阻器有多项技术指标，但由于表面积有限和对参数关心的程度不同，一般只标明阻值、精度、材料、功率等项。对于 1/81/2W 之间的小电阻器，通常只标注阻值和精度，材料及功率通常由外形尺寸及颜色判断。电阻器参数的标志方法通常用文字、符号直标或色带标出。3.1.3.1 文字符号直标(1) 标称阻值。阻值单位： （欧） 、 （千欧） 、 （兆欧） 、 （吉kMG欧） 。遇有小数时，常以 、k、M 取代小数点，如 0.1 标为 1，3.3 标为k3k3, 2.7 标为 2M7。(2) 精度。普通电阻精度 、 、 三种，在电阻标称值后，标5%102明 (J)、 (K)、（M ）符号。精密电阻器的精度等级，可用不同的符号标明，如 E、 X、Y2013 届本科毕业设计（论文）(3) 功率。通常 2W 以下的电阻器不标，通过外形尺寸既可判定，2W 以上功率的电阻器用数字标出。(4) 材料。2W 以下的小功率电阻器，电阻器材料通常也不标出。对于普通碳膜和金属膜电阻器，通过外表颜色可以判定。通常碳膜电阻器涂绿色、棕色，金属膜电阻器涂红色、棕色。2W 以上的功率电阻器大部分在电阻体上以符号标出。3.1.3.2 色码标志法小功率电阻器较多情况使用色标法，特别是 0.5W 以下的碳膜和金属膜电阻器更为普通。色标的基本色标及基本意义如表 2。表 2 色标的基本色标及意义第一环 第二环 第三环 第四环 第五环名称第一位数 第二位数 第三位数 应乘倍数 精度棕 1 1 1 101%红 2 2 2 22橙 3 3 3 3黄 4 4 4 4绿 5 5 5 5100.5蓝 6 6 6 62紫 7 7 7 7.1%灰 8 8 8 8白 9 9 9 910黑 0 0 0金 5银 2103.1.4 几种常见电阻器的结构、特点及应用3.1.4.1 薄膜类电阻器 (1) 金属膜电阻器(型号 RJ)。真空条件下，在陶瓷表面上蒸发沉积一层金属薄膜或合金膜形成的金属膜电阻器。特点；工作环境温度范围广(-5+125 )，0C温度系数小，噪声低，体积小（与碳膜电阻器相比，相同体积下，额定功率相差一倍左右） 。本类电阻器在稳定性要求较高的电路中广泛应用。(2) 金属氧化膜电阻器（型号 RY） 。高温条件下，在磁体上以化学反应形式形成以二氧化锡为主体的金属氧化层。该种电阻器的膜层厚度比金属膜和碳膜2013 届本科毕业设计（论文）电阻器均厚得多，并与基体附着力强，它有极好的脉冲、高频和过负荷性：机械性能好，坚硬、耐磨；在空气中不会再氧化，化学稳定性好。但阻值范围窄，温度系数比金属膜的大，外形和金属膜电阻器相似。(3) 碳膜电阻器（型号 RT） 。这是一种应用最早、最广泛的薄膜型电阻器。它由碳氢化合物在真空中通过高温热分解，使碳在瓷质基体面上沉积成导电膜而制成。体积比金属膜电阻器大，温度系数为负值。此外，最大特点是价格低廉，在各类电阻器中是最廉价的一种，因此，在电子产品中被广泛使用。3.1.4.2 合金类电阻器(1) 精密线绕电阻器（型号 RX） 。在测量仪表或其它要求精高的放大电路中，可采用精密线绕电阻器，这种电阻器一般精度为 0.01%，最高可达或更高，温度系数小于 / ，长期工作稳定性高，阻值范围可在 0.010.5%610C10M 之间。但本类电阻器由于工艺为线绕，因而分布参数大，不适宜在高频电路中使用。(2) 功率型线绕电阻器（型号 RX） 。这种电阻器额定功率在 2W 以上，阻值范围为 0.15 到数百 k ，精度等级 5% 20%，最大功率可达 200W。本类电阻器防潮、防线圈松动，通常在绕制后，将其外层用玻璃釉（也称珐琅）加以保护。功率电阻器又分固定式和可调式两种，可调式即从电阻体引出一滑动头，可对阻值进行调整，便于整机调试中使用。(3) 精密合金箔电阻器。在玻璃基片上，粘结一块合金箔，用光刻法蚀出一定图形，并在刻好的图形上涂一层环氧树脂保护层，引线及封装后即制成合金箔电阻。该电阻器具有自动补偿电阻温度系数的功能，能在较宽的温度范围内保持极小的温度系数，因而具有高精度、高稳定性、高频高速响应的特点，弥补了金属膜和线绕电阻器的不足。3.1.4.3 合成类电阻器合成型电阻器是将导电材料与非导电材料按不同比例合成不同的电阻率，再制成电阻器。这种电阻器最突出的优点是可靠性高。如：优质实芯电阻器的可靠性通常要比金属膜和碳膜电阻器高出 510 倍。因此，尽管它的电性能较差（噪声大、线性度差、精度低、高频特性不好等） ，但因其高可靠性，仍在一些特殊领域内广泛使用，如宇航工业、海底光缆等。合成型电阻器种类较多，按电阻体形式分为实芯电阻器、漆膜电阻器；按粘接剂种类分为有机型（如酚醛树脂）和无机型（如玻璃、陶瓷等） ；按用途分为通用型、高阻型、高压型等。2013 届本科毕业设计（论文）3.1.4.4 敏感电阻器敏感电阻器也称半导体电阻器，这类电阻器根据不同材料和制作工艺可以对温度、光通、湿度、压力、磁通、气体浓度等物理量起敏感作用。通常有热敏、压敏、光敏、湿敏、磁敏、气敏、力敏等不同类型的电阻器。利用这些敏感电阻器，可以构成能检测相应物理量的探测器及无触点开关等。各类敏感电阻器按其输入输出关系可分为“缓变型”和“突变型”两种。敏感电阻器广泛应用于测试技术和自动化技术等各类领域。3.1.5 本设计中选择的电阻器由于本设计涉及的功率不大，又出于对接收机成本的考虑，选择五环的碳膜电阻器。3.2 电容器的选择电容器在各类电子产品中是一种不可缺少的基本元件，它是一种储能元件，当两端加上电压后，极板间的电介质在电场的作用下将被极化。在极化情况下的介质两边，可以储存一定量的电荷，储存电荷的能力用电容量表示，基本单位是法拉（F） ，由于法拉的单位太大，通常用微法（ F）和微微法（pF）表示。3.2.1 电容器的分类电容器的种类很多，按其结构可分为固定电容器、可变电容器和半可变电位器。3.2.1.1 固定电容器电容器的容量不可变，其种类主要有：(1) 纸介容器（型号 CZ）：它是以纸作为介质，以金属箔作为电容器的极板卷绕而成的电容器。其特点为容量范围宽，耐压范围宽（ 3 6V30KV ) ，成本低，但体积大，因而只适用于直流或低频电路中。(2) 涤纶电容器（型号 CL）：为有机薄膜电容器，在结构上与纸介电容器基本一致，但体积小，适用于直流电路中。(3) 聚丙烯电容器（型号 CBB）：与涤纶电容器类似，适用于高压电路中(4) 苯乙烯电容器（型号 CB）：为高精度电容器，适用于高频电路中。(5) 瓷介电容器（型号 CC）：它可分为低压、高压电容器、低压小功率常见的有瓷片、瓷管、瓷介独石等类型。其特点为体积小、重量轻、价格低，在普2013 届本科毕业设计（论文）通电子产品中应用广泛。(6) 云母电容器（型号 CY）：云母电容器具有损耗小、可靠性高、性能稳定、容量精度高等优良电参数，广泛适用与高频和要求高稳定度的电路中。(7) 电解电容器（型号 CD ) ：以金属和电解质作为电容器的两极。金属为正极，电解质为负极。它是一种通用型电解电容器，额定电压在 6.3V500V 之间，容量为 0.33 4700 F。(8) 钽电解电容器（型号 CA ) ：由于钽及其氧化膜的物理性能稳定，因而它比铝电解电容器的漏电小、寿命长、温度、频率特性好，适用于要求较高的电路。3.2.1.2 可变电容器(1) 微调电容器：这种电容器的特点是用螺钉调节两极金属片的距离以改变电容量，适用于振荡或补偿电路中。(2) 可变电容器：可变电容器的介质有空气，有机薄膜等，通过旋转动传与固定片之间距离来改变电容器的容量。可变电容器常由一组或几组同轴单元组成，分别有单连、双连、三连等，各组单元之间有金属板隔开，以防寄生耦合。3.2.2 电容器容量的标志方法1直标法：单位：F （法拉） 、mF （毫法） 、 F（微法） 、 pF（皮法） 。2数码表示法：一般用三位数表示容量的大小，单位为 pF 。前两位为有效数字，后一位表示倍乘，即乘以 ，i 为第三位数字，若第三位为数字 9，则10乘 。如 479 代表 47 pF；223 代表 22 pF = 0.022 F；还有如 1n 10310代表 1000 pF，6n8 代表 6800pF。另外，有时在数字前冠以 R，如 R33，表示0.33 F；有时用大于 1 的四位数字表示单位为 pF，如 2200 表示 2200pF，有时小于 1 的数字表示，单位为 F，如 0.22 为 0.22 F。3色标表示法：这种表示法与电阻器的色环表示类似，颜色涂在电容器的一端或从顶端向引线排列。色码一般只有三种颜色，前两位环为有效数字，第三环为倍率，单位 pF。如红红橙，表示 22000pF。4误差的表示法： (1) 直接标在电容器上。 (2) 用罗马数字“” 、 “” 、 “”标在电位器上分别表示 、 、5%10。20%(3) 用英文字母表示法。如 I、K、M 和 N 分别表示 、 、 和2。用 D、F 、G 分别表示 、 、 。例如，标有“224K，表示30.5%122013 届本科毕业设计（论文）22 pF，其允许误差为 。41010%3.2.3 电容器的合理选用电容器种类很多，性能各异，选用时应考虑如下因素。1类型选用。应用在高频电路中的电容器要求其高频特性好，云母、高频瓷介等；在电源滤波，去藕、低频级间耦合等电路中，选用电解电容器。2耐压值的选用。选用电容器的额定电压一般高于电路中施加在电容器两端电压的 12 倍。对于电解电容器，一般应使线路的实际电压相当于所选额定电压的 50%70%，这样才能充分发挥电解电容器的作用；如实际工作电压低于其额定电压的一半，反而容易使电解电容器的损耗增大。3容量及精度选用。在确定容量时，根据设计电路计算的容量值，选定一个靠近的系列容量值。在确定精度时，要考虑电路对精度的要求，不要盲目追求电容器的精度等级，还要考虑价格，以降低系统成本。4体积。相同耐压及容量的容器可以因介质材料不同，使体积相差几倍甚至几十倍。在产品设计中，特别是在印刷电路中，更希望小体积的电容器。单位体积的电容量称为电容器的比率电容。比率电容越大，电容器的体积越小。在满足电路要求的前提下，应尽量选择比率电容大的电容器。3.2.4 本设计中选择的电容器在本设计中，由于在滤波、谐振选频等电路中不得不用到电容器，且在高频电路中。所以本设计中要用到两种电容器：一是电解电容器；一是普通电容器。本设计的选择决定如下：1电解电容器。本设计选用的电解电容器为普通铝电解电容器，前面讲过，钽电解电容器的性能很好，但是由于其市场价格较高，而且不易购买到，所以选用普通的铝电解电容器，就可以满足本设计系统的要求。2普通电容器。本设计选用的普通电容器是瓷片电容器。由于本设计中涉及有高频电路的滤波、震荡等电路，所以要求电容器的高频特性要好。这样可以选用云母电容器，但是由于其价格较贵，所以本设计选用价格稍低的瓷片电容器，其高频性能虽不如云母电容器，但也满足本设计系统的要求，且体积小、重量轻、价格低的优点。3.3 电感器的选择2013 届本科毕业设计（论文）电感器是用漆包线在绝缘骨架上绕制而成的一种能够存储磁场能的电子元件，又称电感线圈。电感器在电路中，有通直流阻交流、通低频阻高频的作用，而广泛应用于调谐、振荡、耦合、匹配、滤波等电路中。电感器有：固定电感器和可变电感器；带磁芯和不带磁芯电感器。3.3.1 电感器的基本参数1电感量电感量是流过电感器的电流在线圈中产生的磁链与该电流的比值。这个量可以反映电感量存储磁场能的本领。在交流电路中，电感量可以反映电感器在交变电流的作用之下产生感应电动势的能力。电感量的大小与电感的线圈的匝数，几何尺寸、磁芯的导磁率有关，匝数越多，导磁率越高，则电感器的电感量就越大。磁芯电感器的电感量要比不带磁芯电感量大得多。电感的实用单位是亨利（ H ) ，常见的有毫亨（ ） 、微亨（ ） ，它们之间的关系是mHu1H= = 。3106u2品质因数（Q 值）电感器线圈中储存能量与消耗能量的比值称为品质因数，又称 Q 值。即()wLHQRQ 值高表示电感器的损耗功率小，效率高。在高频电子线路中，总是希望电感器 Q 值大些好，但电感器的 Q 值受到导线的直流电阻，骨架的介质损耗等多种因素的限制，一般为 50300。3固有电容（分布电容）线圈匝与匝之间的导线，通过空气、绝缘层和骨架而存在着分布电容。此时，屏蔽罩之间，多层绕组层与层之间，绕组与底板之间也都存在着分布电容，这样电感实际可等效成一个电感和一个电阻串联后再和一个电容并联的形式。分布电容影响电感器的有效电感量及其稳定性，并会使电感器的损耗增大，品质因数降低。稳定性变差，因而分布电容越小越好。4额定电流电感器长期工作不损坏所允许通过的最大电流，称为额定电流。它是高频、低频扼流线圈和大功率谐振线圈的重要参数。2013 届本科毕业设计（论文）3.3.2 三种常用的固定电感器1小型固定电感器小型固定电感器又称色码电感器，是根据不同电感量及工作电流的要求，用不同直径的漆包线绕在磁芯上，再用环氧树脂密封而成，主要有立式和卧式两种。小型固定电感器的特点是体积小，重量轻、结构牢固、防潮性能好、安装方便等优点。它广泛应用于电视、录放机等设备的滤波、陷波、扼流、振荡、延时等电子线路中。2高频电感器高频电感器包括调谐线圈、耦合线圈、高频扼流圈等。它可以采用单层、多层、蜂房式绕制。若线圈中装入磁芯，可增大电感量，提高品质因数，缩小体积。如需要调整电感器的电感量，则可以通过调节磁芯在线圈中的位置来实现。在高频电感器中，磁芯常采用锰锌铁氧体和镍锌铁氧体。锰锌铁氧体只适用于工作频率低于 2MHz 以下的电感器中，镍锌铁氧体的工作频率可高达到200MHz ，有时为了降低成本，常用镁锌铁氧体代替镍锌铁氧体，但前者工作频率最高为25MHz。3低频扼流圈低频扼流圈是一种具有铁芯的电感器，圈数一般在数千匝以上，采用分层绕制方法，各层之间绝缘纸隔离，整个线圈都经过浸漆烘干处理。根据铁芯不同，可以分为 E 型和 C 型两种，C 型铁芯比 E 型铁芯效率高，涡流小。低频扼流圈上一般都注明电感量和额定电流。3.3.3 本设计中选择的电感器由于在本设计的接受机谐振电路重要用到电感器，且对其要求也相对比较高，所以选择具有镍锌铁氧体磁芯的高频电感器，且其外带一屏蔽罩，用来防止电磁泄露对电路造成干扰。2013 届本科毕业设计（论文）第四章 接收机电路原理分析与设计4.1 接收机电路的调制方式的选择在模拟通信系统中，接收机电路系统的调制电路一般有调幅(AM)、调频(FM)、调相(PM) ，而在这些调制电路中，调频电路有以下几个优点：1抗干扰能力强，信噪比高我们所处的空间是非常复杂的，存在许许多多的干扰，如天电、工业、家用电器等的干扰。对调频广播用的超短波来说，大气的干扰几乎不起作用，也不会有电波衰落现象。在消除噪声干扰方面，调频比调幅更为优越。因此、采用调频方式就可以进行宽带话音传输和高保真的音乐广播。 2频带宽，音质好调频广播使用的是超高频频段，由于其频率高，在绝对频宽定的情况下，其相对频宽就窄得多。目前规定超高频段的频道间隔为 200kHz。然而同地区相邻两电台至少应相距 800kHz，因此，调频收音讯的通带做到 180250kHz 是完全可以的。这样，使放声频带可以达到 5015000Hz。为实现高保真的声音广播奠定了基础。3频道容量大，解决了电台拥挤问题超短波频段的开发利用率高，可以增加 100 个频道；而且本地的超短波电台对其他地方的电台不会引起干扰，同时受别的电台的干扰也小。因此，只要离数百 km，还可以重复用相同频率。另外，调频广播还有发射功率小，设备制造、维修方便等优点。4.2 调频接收机的电路构成2013 届本科毕业设计（论文）超外差式调频接收机与调幅超外差式接收机的电路结构很相似。超外差式调频接收机电路都由高频放大器、变频器、中频放大器、限幅器、鉴频器、前置低频放大器、功率放大器及自动频率微调(AFC)等附加电路所组成，如图 4-1 所示。很显然，它与调幅超外差式接收机的方框图相比，多了一个限幅器，检波电路也不一样。由于调频与调幅所采用的频率不同，调制方式也不相同。因此，每级具体电路的原理和性能指标都有许多差异。高频放大器放大的输入调频波信号的调制频率没有改变。变频级利用了晶体管的非线性作用，把高额放大器送来的信号和本机振荡电路产生的无调制波进行混频。混频的结果得到了 10.7MHz 的中频信号，即完成变频任务。变频的过程是只改变信号的载波频率，而没有改变原来调制信号的内容。10.7MHz 的中频信号经中额放大器放大后送到限幅器。限幅器的图 4-1 超外差式调频收音机的电路构成作用是切除调频波上的幅度干扰和噪声，使中频信号变成一个等幅的调频波，然后送至鉴频器。鉴频器的功能是将频率变化的信号转变成电压变化信号，即把调频信号变化恢复成音频电压变化信号。所以，鉴频器也常称作频率电压变换器。前置低放级和功率放大级与调幅接收机机完全相同。调频接收机的本机振荡频率很高，为了防止由电源电压温度变化而引起的振荡频率漂移，造成失谐，电路中还设有自动频率微调(AFC)电路。为了充分发挥出调频收音机的优点，低频放大电路应尽可能地做到频响宽、失真小、功率余量大，并配优质的扬声器和音箱，以得到高保真的放声效果。4.3 典型调频接收机电路原理分析4.3.1 调谐器电路分析2013 届本科毕业设计（论文）图 4-2 为调频接收机的调谐器电路原理图。它包括输入回路、高频放大器、变频级、本机振荡和自动频率控制(AFC)等部分。图 4-2 输入调谐电路图1输入回路 由图可见，输入的天线线圈的初级有中心抽头并接地，这可以连接两种天线。一种是外接天线，可以用双线平行电缆加到 的两端。另一种是不平衡式单根拉1L杆天线。输入回路由电感 和电容器 组成，高频信号可以通过电容器 被耦2L2C3C合到 的基极和发射极。这是普及式接收机里常采用的宽带不调谐输入方式，2VT这种结构简单、调谐可变电容器只要用双连就行了，即其一连用于高放输出回路，一连用于本振回路。这样，高放输入阻抗和天线阻抗均较低，致使输入回路的有载 QL 值很低（QL 10)，所以通频带可以大于调频广播的频率范围 (20MHz)，因此，只要使回路谐振于波段之中，灵敏度可以做到较均匀。2高频放大器 是高频放大管，这里采用共基电路：这种接法在甚高频下；比共发射极1VT电路具有较多的优点。晶体管在共基极状态下的截止频率 比共发射极的截止频1f率 高得多；共基极电路内反馈小，工作稳定可靠，能给出较高的稳定功率增益；2f共基极状态输入阻抗较低，容易与天线阻抗匹配。高放管 的负载为一个可变1VT的调谐回路，它由双连可变电容器中的一连 、微调电容器 、补偿电容器1AC6C2013 届本科毕业设计（论文）和高频线圈 组成。改变 的容量，就可使高放回路谐振在我们欲接收的电5C3L1AC台频率上，从而选出欲接收的电台信号 从最大旋到最小(指容量)时，频率从低1A端 87MHz 变到高端 108MHz。 并联的电容器 、 保证了在高频端与振荡15C6器的频率统调。 为发射极稳定电阻，并为晶体管提供直流通路， 为基极限流1R 2R电阻，它的一端和固定偏置电压-B 相连接。高放管 的直流工作电流一般调在 1VT0.81.5mA 范围。 用来减小管子 的输出阻抗变化对槽路的影响，并可防止31VT自激。 一般取 50200， 取值过大会降低高频放大器的增益。 为旁路电3R3R3C容器，为输入信号加到 的基射极提供了最短的通路， 为基极旁路电容器。1T4还需要说明的是：在甚高频下，较小的电容量就能提供足够低的容抗 。因此1在甚高频电路中，旁路电容器的容量一般用得不大 (数千 pF)，而且最好采用瓷介电容器，不能用纸介或电解电容器(因甚高频下，有不可忽视的分布电感)。电源滤波采用扼流圈 ( 、 )比滤波电阻要好，因为扼流圈是用漆包线绕在磁芯6L7上制成的，其交流阻抗( )很大，而直流电阻很小，其损耗小，达到很好的滤波效果。3变频电路 变频管 ，既作本机振荡器，又作混频器。高频输入信号经匹配耦合电容2VT器 加到 的发射极。 为反馈电容器，它将输出端的一部分能量反馈到输7C212C入端，以维持振荡。并且将本机振荡的信号注入到变频管的输入端，与高放送来的信号一起送入变频管，变频后的中频信号，通过输出端的中频变压器( 、 )1T2选取送到中频放大器去。从而完成变频任务。 、 和中频变压器 、 的线13C412圈组成变频管的负载回路，即第一中频双调谐回路。其初级与本振回路相串联，该中频回路对振荡频率呈现很低阻抗，可视为短路。另一方面，振荡回路对中频2013 届本科毕业设计（论文）来说，阻抗很小，也可视为短路。因此，这两个回路能各自独立工作，互相影响很小。 和 构成中频陷波器，10.7MHz 时呈现串联谐振，使变频器输入端的4L8C中频输入阻抗很低，从而避免了由中频反馈而引起的中频自激，提高了变频器的增益。然而，它对