FM收音机的制作-通信电子线路课程设计报告.doc

1 通信电子线路课程设计报告 FM 收音机的制作 姓 名 班 级 学 号 指导老师 日期 2011 6 7 2011 6 17 华南农业大学工程学院 1 摘 要 随着科学技术的发展 调频收音机的应用十分广泛 尤其消费类占有相当的市场 从分离元件组成的收音机到由集成电路组成的收音机 调频收音机技术已达到十分成 熟的地步 在众多种收音机中 调频收音机以较高的技术含量和较高的音质得到了广泛 的欢迎 本论文主要介绍了利用分立元件组成的FM收音机的设计全过程 包括电路各个模块 参数的计算 电路各个模块的分析 电路板的焊接过程 调试过程 讨论了在设计过程 中遇到的问题以及如何解决问题 这次制作的FM收音机是把接收到的电台高频信号 用一个变频级电路将它转化为频 率固定的中频信号 然后在对这个中频信号进行多级放大 再检波 低放 这样灵敏度 和选择性都可大幅度改善 而且可使整个波段接受灵敏度均匀 由于中频频率较低又是 固定的 所以中频调谐放大电路可以做到选择性好 增益高又不易自激 本次课程设计成果 基本上满足要求 性能指标符合 FM 收音机电路的缺点是伴有 音质噪声 需进一步改进 关键词 关键词 FM 收音机 焊接 调试 混频器 中放 本振 2 目目 录录 1 前言 1 2 电路设计 2 2 1 FM 收音机设计 2 2 1 1 FM 收音机电路各个模块参数的计算 2 2 1 2 FM 收音机电路各个模块的分析 7 3 印刷电路板的制作 电路焊接与调试 9 3 1 印刷电路板的制作 9 3 2 电路板焊接 11 3 3 电路板调试 12 3 3 1 收音机调试 13 4 讨论及进一步研究建议 16 5 课程设计心得 17 ABSTRACT 18 参 考 文 献 19 1 1 前言前言 调频收音机 FM Radio 无论过去还是现在一直在人们的生活娱乐中占有非常重要 的地位 从老式的晶体管收音机到今天的网络收音机 说明通过广播享受生活一直是人 们喜欢的生活方式 听收音机和看电视一样 可以增长很多知识 而且像有声小说这样 的读物在电视里是听不到的 并且现在广播的发展速度也很快 曲艺 歌曲 体育 文 艺 评论等等 可以说包罗万象 目前调频式或调幅式收音机 一般都采用超外差式 因为它有如下优点 1 由于变频后为固定的中频 频率比较低 容易获得比较大的放大量 因此收音机 的灵敏度可以做得很高 2 由于外来高频信号都变成了一种固定的中频 这样就容易解决不同电台信号放大 不均匀的问题 3 由于采用 差频 作用 外来信号必须和振荡信号相差为预定的中频才能进入电路 而且选频回路 中频放大谐振回路又是一个良好的滤波器 其他干扰信号就被抑制了 从而提高了选择性 但是超外差式电路也有不足之处 会出现镜频干扰和中频干扰 这二个干扰是超外 差式收音机所特有的干扰 这在设计电路和调试时应该设法减少这些影响 2 2 电路设计 2 1 FM 收音机设计 设计指标 天线输入信号频率 87 108MHz 本振部分 1 输出本振频率为 77 3 97 3MHZ 可调 混频部分 1 设计谐振频率为 10 7MHZ 的中频谐振回路 2 混频输出频率为 10 7MHZ 中频部分 1 dB 功率增益 2 陶瓷滤波器输出端为 10 7MHZ 调制信号 检波部分 1 设计一个 FM 斜率鉴频的并联谐振回路 2 检波输出为音频信号 低频功放部分 音频信号的幅度可调 整体框图 图 1 收音机整体框图 2 1 1 FM 收音机电路各个模块参数的计算 1 调谐电路参数计算 3 图 2 调谐回路 调谐回路是由可变电容 VC 并上一 15PF 电容和天线线圈 L1 组成 调节可变电容 VC 可使 LC 回路的固有频率等于电台频率 产生谐振 以选择不同频率的电台信号 同 时 调谐回路还有一个重要的作用 就是采用部分接入 将信号很好地耦合到下一级电 路中去 谐振频率范围的计算 已知天线端的接收频率范围是 87 5MHZ 108 MHZ 薄膜介质 可变电容 VC 的值为 3 20PF 通过并联一个 15PF 电容 可减少容量变化量 1 谐振频率范围计算 1 2 f LC maxmax min min f c fc 20 15 1 39 3 15 其中为最高接收频率 为最低接收频率 为可变电容最大容量 max f min f maxc 为可变电容最小容量 minc 87 5MHz min f 1 39 87 5MHz 122MHz max f 4 由上分析 可知谐振频率范围在 87 5 122MHz 范围内 但布线寄生容量及晶体管电极 间容量会导致谐振频率降低 2 线圈计算 1L 取谐振频率为 87 5MHz 此时 2221 2612 11 0 095 4 487 5 1035 10 H f C L 利用电感计算小软件 可以根据我们需要的电感值绕线圈 以 8 5 的笔套为轴 绕制 大概 3 圈即可 2 本振电路参数计算 图 3 本地振荡电路 本振条件 正反馈 相位条件 幅 度 反馈量要足够大 图 3 所示电路为克拉伯振荡电路 由晶体管 可变电容 瓷片电容和 5V 稳压管等组成 它能产生稳定高频振荡信号 振荡频率总是比输入的电台信号高 10 7MHz 1 线圈L3计算 如图 1 20 1020 104 334 3 111 72222 CPF 设此时谐振频率为 87 5 10 7 76 8MHz 则 5 22 22 2612 11 0 125 4 476 8 1034 3 10 LH f C 利用电感计算小软件 可以根据我们需要的电感值绕线圈 以 8 5 的笔套为轴 绕制 大概 5 圈即可 2 本振电路振荡频率计算 当薄膜介质可变电容调至最小时 3PF 此时 振荡频率最大 为 612 22 11 108 2 20 125 1017 3 10 fMHz L C 此时谐振频率为 108 10 7 97 3MHz 由上分析 可知本振的振荡频率为 76 8 97 3MHz 在高于 76 8 97 3MHz 的频率时产 生振荡 但由于寄生容量等因素 振荡频率会低于设计值 3 中放检波电路参数计算 图 4 中放检波电路 检波电路参数计算 6 C2 7p L4 7uf C1 27p 图 5 FM 检波电路 图 6 S 曲线 如图 5 所示 FM 鉴频的工作原理是将频率的改变更换为对电压的改变 S 特性曲线中 为 11MHZ 为 10 4MHZ L4 的取值范围是 5 5 7 9uH 取 7uH 进行 H f L f 计算 41 1 2 H f L C 1 22626 4 11 29 9 44 11 10 7 10 Cpf f L 再取 27pf 计算 则 1 C 412 1 2 L f L CC 211 222626 24 11 5 5 44 10 4 10 7 10 CCCpf f L L 则取值为 7pF 2 C 7 2 1 2 FM 收音机电路各个模块的分析 1 本振采用克拉伯电路原因分析 当晶体管为有源器件时 它的工作状态 电源电压或周围温度 有所改变 即引 起振荡频率的变化 为了维持晶体管的参数不变 可采用稳压电源和恒温措施 除了上 述方法 还可以采用高稳定度 LC 振荡器电路 克拉伯电路即是其中的一种 下面讲讲 为何克拉伯电路可提高振荡稳定度 如图 为可变电容 它的作 1 C 3 C 2 C 3 C 3 C 用是将 L 与 分隔开 使反馈系数仅取决于和的比值 振荡频率则基本上由 1 C 2 C 1 C 2 C 和 L 决定 这样 就减弱了晶体管与振荡回路之间的耦合 使折算到回路内的有 3 C 3 C 源器件参数减小 提高了频率稳定度 另一方面 不稳定电容则与 并联 基本 1 C 2 C 上不影响振荡频率 越小 则频率稳定度越好 但起振也越困难 因此 也不可 3 C 3 C 以无限制地小 图 7 克拉伯电路 2 混频电路采用基极注入方式原因分析 在我们制作的 FM 收音机当中 混频电路采用了基极注入方式 由于与两种信 s f osc f 号注入同一个基极 所以具有相互干扰的缺点 但为何还采用基极注入方式而不用其它 呢 主要是因为与发射极注入方式相比 本机振荡信号的电平较小 也就是说 此种电 路的输入阻抗较大 比较容易起振 需要的本振注入功率也比较小 因此采用了此种方 式 8 10uH 1 2 fosc fs 图 8 基极注入方式混频电路 3 采用去加重电路原因分析 FM 收音机的音质较好 其频率可调至很高 但噪声成分也随着高频率而变大 因此 FM 收音机要有衰减高音的特性 也成为去加重 它可衰减存在于高频中的噪声 4 采用去耦电路原因分析 由于各个电路都共电源 因此通过电源电路会有少许信号由输出端返回输入端 这 样 会由于重叠若干级放大电路而引发振荡 为防止通过电源电路的信号返回 我们就 必需进行去耦处理 去耦电路在高频电路中是非常重要的 9 3 印刷电路板的制作 电路焊接与调试 3 1 印刷电路板的制作 1 本文用 altium designer 6 软件进行印刷电路板的制作 首先把创建好那些标 准库里没有的原理图和 pcb 封装图 然后把其编译成库 以及进行原理图以及 pcb 印刷 电路板得设计 设计的原理图如下图 9 所示 图 9 收音机原理图 2 设计的 pcb 图如下图 10 所示 10 图 10 pcb 版图 3 把 pcb 版图打印出来 然后经过曝光 显影 腐蚀 清洗等这几个步骤后 就 得到了一张印刷电路板了 制作完成的印刷电路板 已完成焊接 如下图 11 所示 图 11 印刷电路板 11 3 2 电路板焊接 在焊接电路的时候 要特别细心 根据我们焊接的经验 提出以下几点注意事项 1 要注意安全 2 注意各中周及振荡线圈的位置不能互换 3 在焊接线圈是要注意将其表层的绝缘层刮去 使其与电路导通 4 电解电容 二极管极性以及三极管 e b c 不能出错 5 各元器件高度应适当 所有元器件高度均不能超过中周的高度 6 焊接要控制好焊锡的量 并且要防止虚焊 7 要根据电路图恰当布线 对于高频电路 布线非常重要 在布线的时候 要尽量 走短路线 避免跳线 而且要大面积铺地 焊接完成的电路板如下图 12 所示 图 12 焊接完成的电路板 12 3 3 电路板调试 在此次课程设计里 除了焊接工艺 调试电路是个很重要的部分 收音机的调试需 要我们有很大的耐心 也间接体现了我们的电路分析能力 解决问题能力 是综合能力 素质的体现 收音机和发射机的调试时要注意以下几点 1 对各晶体管 e b c 三极静态工作电压测量 2 整机电流及断点电流测量 在测量断点电流前断点电流测试点不应连接上 3 各点波形记录和频率的测量 4 收音机中周的绕制保证在输入 10 7MHZ 信号时输出波形达到最大不失真 5 线圈的绕制要根据电感计算小软件来计算电感值 从而得到我们所需要的电感值 3 3 1 收音机调试 1 本地振荡器 图 13 本振最小频率 13 图 14 本振最大频率 将收音机接上 9V 直流稳压电源 频谱仪接本振电路输出端 通过调节双联电容 可以得到本振的最大最小振荡频率 具体内容可见 3 1 2 本振参数的计算 如图 13 14 可知 本地振荡器的最小振荡频率为 73 3MHZ 最大振荡频率为 101 8MHZ 与理论值本 振振荡频率为 76 8 97 3MHz 接近 2 混频电路 图 15 输入天线信号 图 16 中频信号 14 图 17 本振信号 将收音机接上 9V 直流稳压电源 频谱仪接本振电路输出端 此时测得本振频率为 91 3MHZ 开启函数信号发生器 调节其频率为 91 3 10 7 102MHZ 并将其接收音机的 天线 再将频谱仪接混频输出端 可得到 10 7MHZ 的中频 即混频电路正常工作 3 检波电路 同样断开前端的输入 在输入端 1 脚 输入一个频率为 10 7MHz 幅度为 50mV 的 外部中频信号 此时喇叭发出的声音应该要比低放时低沉 且是 沙沙沙 的声音 调 节可调电阻 使喇叭的发声达到最大 在此部分调试中 我们发现喇叭的发声变得很小 必须用耳朵靠近才能听见 且发现调节电阻也没用很大变化 经过很多努力都没有解决 但是最后接好电路 接收到电台的时候喇叭的声音会自动变大 4 低放 即低频放大部分 这一部分可以先断开前面的输入的电路 即 3 脚前面的电路 然 后在 3 脚加入频率为 1KHz 幅度为 50mV 的外部信号 如果喇叭发出清脆 哔哔 的声 音则说明低放基本没有问题 5 收音机整机调试 在收音机各模块都调试完毕后 接着就是整机系统的调试了 为了检测收音机整机 系统是否正常工作 我们采用了如下的方法 在收音机的天线端加不同的输入信号 检 查扬声器是否发出不同频率的声音信号 如果发出声音的频率不同 则证明整机系统是 15 成功的 在此基础上 我们将收音机拿到信号比较好的地方 接上电源和天线 调节双 联电容 通过仔细的调节 我们可以听到电台的声音 如果此时收到的电台声音比较小 可以在低频放大器芯片 LM386 的 1 8 脚间接上 10uf 的电解电容 16 4 讨论及进一步研究建议 通过此次课程设计 使我更加扎实的掌握了有关高频电子线路方面的知识 在设计 过程中虽然遇到了一些问题 但经过一次又一次的思考 一遍又一遍的检查终于找出了 原因所在 也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足 实践出真知 通过亲自 动手制作 使我们掌握的知识不再是纸上谈兵 过而能改 善莫大焉 在课程设计过程中 我们不断发现错误 不断改正 不断领 悟 不断获取 最终的检测调试环节 本身就是在践行 过而能改 善莫大焉 的知行 观 这次课程设计终于顺利完成了 在设计中遇到了很多问题 最后在老师的指导下 终于游逆而解 在今后社会的发展和学习实践过程中 一定要不懈努力 不能遇到问题 就想到要退缩 一定要不厌其烦的发现问题所在 然后一一进行解决 只有这样 才能 成功的做成想做的事 才能在今后的道路上劈荆斩棘 而不是知难而退 那样永远不可 能收获成功 收获喜悦 也永远不可能得到社会及他人对你的认可 课程设计诚然是一门专业课 给我很多专业知识以及专业技能上的提升 同时又是 一门讲道课 一门辩思课 给了我许多道 给了我很多思 给了我莫大的空间 同时 设计让我感触很深 使我对抽象的理论有了具体的认识 通过这次课程设计 我掌握了 常用元件的识别和测试 熟悉了常用仪器 仪表 了解了电路的连线方法 以及如何提 高电路的性能等等 掌握了焊接的方法和技术 通过查询资料 也了解了收音机的构造 及原理 我认为 在这学期的实验中 不仅培养了独立思考 动手操作的能力 在各种其它能力 上也都有了提高 更重要的是 在实验课上 我们学会了很多学习的方法 而这是日后 最实用的 真的是受益匪浅 要面对社会的挑战 只有不断的学习 实践 再学习 再 实践 这对于我们的将来也有很大的帮助 以后 不管有多苦 我想我们都能变苦为乐 找寻有趣的事情 发现其中珍贵的事情 17 Abstract With the development of Science and Technology the application of FM radio is wide especially it has a comparative market in the consumption From the radios made by discrete component to the ones made by integrated circuit the technology of FM radios have reached the mature standare Among the numerous kinds of radios FM radios has been used widely because of their higher technology content and higher tonal quality This paper mainly introduce the making process of FM radio which is made by discrete component including the parameter s calculation of each module the analysis of each module the welding and debugging process of the circuit wafer the discussion about the question which we meet in the making process and solving to the problem Radio is the received radio frequency signal with a frequency level circuit to convert it to a fixed IF frequency signal then the IF