第四章超外差收音机原理

1、第四章,超外差式收音机原理,第一节,电磁波,声波是由辐射震动产生的疏密波。人们说,话时，声带的振动引起周围空气共振，并也,340,米,/,秒的速度向四周传播，称为声波。声波频率,在人耳能听到的,20Hz-20KHz,之间，如果要进行,远距离的传播就必须要发出很高的声音并且传,播很远后会产生延迟。因此远距离的声波传送,必须依靠载体来完成，这个载体就是电磁波。,电磁波,电磁波是电磁振荡电路产生的，通过天,线传到空中去，即为无线电波。电磁波不仅包,括无线电波，还包括光、,X,射线、,射线等。,电磁波的传送速度为光速（,3,108,米,/,秒）。,当无线电波在地球表面传送时，其延时效应微,乎其微。因此

2、，选择电磁波作为载体是非常理,想的,。,广播节目的发送是在广播电台通过电磁波进行的。,节目的声波，经过电声器件转换成电信号，并由声频放,大器放大然后通过调制器调制到振荡器产生的高频等幅,振荡信号中，经过信号放大后送入发射天线，转换成无,线电波发射出去。广播的接收是由收音机实现的。收音,机的接收天线收到空中的电波，调谐电路选中所需频率,的信号，检波器将高频信号还原成声频信号,(,即解调,),，,声频信号再经过放大获得足够的推动功率，最后经过电,声转换还原出广播内容。,利用无线电波作为载波，对信号进行传递，可以用,不同的装载方式。在无线电广播中可分为调幅制、调频,制两种调制方式。,一、无线电频谱,

3、通常无线电所指的是从极低频,10KHz,到极,超高频的顶点,30GHz,，超出这个范围的无线电,频谱的特性就有很大的不同，比如红外线、可,见光、紫外线、,X,射线等。而,10KHz,到,30GHz,的,频谱可以划分为七个区域，具体如下：,极超高频,3GHz,30GHz,极低频,10KHz,30KHz,低频,中频,3MHz,高频,极高频,30MHz,超高频,300KHz,300MHz,极低频（,VLF,）一般指波长极长的电磁波，这,类电磁波由于功耗高且对人体有一定的伤害，一般,用于潜艇之间的相互联络。低频（,LF,）一般指长,波，常用语超远距离的无线电通信，可以用作无线,电导航，但这类通信正逐步

4、被卫星通信所取代。中,频（,MF,）通常是指中波，主要依靠地面波和天空,波传播，通信距离在几百公里内，可以作为本地无,线电广播、海上通信和飞机导航等。高频（,HF,）,是指短波，主要依靠天空波进行传播，可以用很小,的功率借助天空波传很远的距离，主要用于国际无,线电广播、海上和航空通信等。极高频（,VHF,）是,指超短波，一般为直线传播，有效距离短，常用于,调频广播、电视、雷达等。超高频（,UHF,）和极,超高频（,SHF,）一般指微波，主要用途有卫星通信、,移动通信、雷达定位测速、天文观测等。,无线电频谱作为一种资源，只有得到,有效的利用就能为我们的生活提供很高的,便利，但是破坏这种资源的话，

5、会给我们,的社会生活带来很大的损失。比如干扰飞,机导航、卫星广播、手机通话等事情也曾,时常发生在我们周围，所以我们要遵守无,线电使用规则。从,2001,年,12,月,6,日起，我国,开放民用对讲机市场，使用,400-410MHz,，,发射功率小于,0.5,瓦的民用对讲机，无需办,理任何手续。但是一旦超过这个功率和频,段就需要向当地的无线电管理局申请，办,理相关手续。,全世界的无线电频率，都是由国际电,信联合会所分配的。国际电信联合会,（,ITU : International Telecommunication,Union,）是一个隶属于联合国的国际电信管,理组织，定期召集各会员国开会决定无线

6、,电频率的分配及使用，并且各个通讯标准,就是由国际电联制定的，比如,3G,标准、蓝,牙标准、无线网卡标准、卫星通讯频段等。,二、振幅调制，简称调幅,目前，调幅制无线电广播分做长波、中波和短,波三个大波段，分别由相应波段的无线电波传送信,号。,1,、长波（,LW:Long Wave,）,（频率：,150kHz,415kHz,）,2,、中波（,MW:Medium Wave,）,（频率：,535kHz,1605kHz,）,3,、短波（,SW:Short Wave,）,（频率：,1.5MHz,26.1MHz,）,我国只有中波和短波两个大波段的无线电广播。,中波广播使用的频段的电磁波主要靠地波传播，也,

7、伴有部分天波；短波广播使用的频段的电磁波主要,靠天波传播，近距离内伴有地波。,三、频率调制，简称调频,调频制无线电广播多用超短波,(,甚高频,),无线,电波传送信号，使用频率约为,87MHz-108MHz,，,主要靠空间波传送信号。,目前，地面的广播电视分做,VHF(,甚高频或,称米波,),和,UHF(,特高频或称分米波,),两个频段。,在我国，,VHF,频段电视使用的频率范围是,48.5MHz-300MHz,，划分成,1-12,频道，,UHF,频,段使用的频率范围是,470MHz-956MHz,，划分成：,3-68,频道。它们基本上都是靠空间波传播的。,国际上规定的卫星广播电视有,6,个频段

8、，主要频,段是,12kMHz,，也是靠空间波传播。,三、频率调制，简称调频,调频（,FM,）广播频率是在,VHF,波段中划,分出的一段，规定专门用于广播。,电视信号的传播也采用调频方式，由于原,理相近，因此可将调频收音机接收头作部分改,动，使得收音机不仅能覆盖,87,108MHz,波段，,还能达到更低频率或更高频率，这样就能接收,到电视伴音。,四、调幅和调频的优缺点,调幅（,AM,）,调频（,FM,）,1.,传送音频频带较宽（,100Hz,5000Hz,）,适宜于高保真音乐广播,2.,抗干扰性强，内设限幅器除去幅,度干扰,3.,应用范围广，用于多种信息传递,4.,可实现立体声广播,传播距离远，

9、覆盖面大,电路相对简单,优,点,缺,点,1.,传送音频频带窄,1.,传播衰减大，覆盖范围小,（,200Hz,2500Hz,），,高音缺乏,2.,传播中易受干扰，噪,声大,第二节,调制,将音频信号加载在高频载波信号（通常用,正弦波）上，经过高频放大后，通过天线发送,出去，就形成无线电广播。,音频信号加载到载波信号上的过程，称为,调制。根据调制方式不同，分成调幅（,AM,）,和调频（,FM,）。,一、调幅（,AM,）,所谓调幅，就是使载波的振幅随着调制信,号的变化规律而变化，其实质就是将调制信号,频谱搬移到载波频率两侧的频率搬移过程。经,过调制后的高频已调波，其波形和频谱都与原,来的载波不同，因此

10、调制过程也就是波形和频,谱的变换过程。,调幅波的特点是载波的振幅受调制信号的控,制作周期性的变化。其变化的周期与调制信号,的周期相同，而振幅的变化与调制信号的振幅,成正比。,一、调幅（,AM,）,设调制信号为,U(t)=Umcost,载波信号为,UC(t)=Ucmcosct,调幅波的表示为,:,UAM(t)=Umo(1+macost)cosct,它保持着高频载波的频率特性，调幅,波振幅的包络变化规律与调制信号的变化,规律一致。,二、调频（,FM,）,使载波频率按照调制信号幅值的改变而,改变的调制方式叫调频。就是使载波的瞬时,频率随调制信号的规律而变化。已调波频率,变化的大小由调制信号的大小决定

11、，变化的,周期由调制信号的频率决定。已调波的振幅,保持不变。调频波的波形，就像是个被压缩,得不均匀的弹簧，调频波用英文字母,FM,表示,调频：使载波频率按照调制信号幅值的改变而改,变的调制方式,设调制信号为,U,（,t,）,= Umcost,载波信号为,UC,（,t,）,= UCmcosCt,调频时，载波电压振幅度,Ucm,不变，而载波瞬时,间频率则随调,制信号规律变化，即为,(t)=c+KfU(t)=c+(t),U,调频波的表示式为：,FM,?,t,?,?,U,cos,?,c,t,?,K,f,?,U,?,(,t,),dt,0,t,调制信号幅度最大时，调频波最密，频率最大；,而当调制信号负的绝

12、对值最大时，调频波最稀疏，频,率最低。,调频波的波形，就像是个被压缩得不均匀,的弹簧，调制信号幅度最大时，调频波最密，,频率最大；而当调制信号负的绝对值最大时，,调频波最稀疏，频率最低。,第三节,超外差收音机原理,一、最简收音机,LC,谐振回路是收音机输入回路，改变电容,C,使谐振回路,固有频率与无线电发射频率相同，从而引起电磁共振，谐振,回路两端电压,VAB,最大，将该电波接收下来。经高频放大电,路放大后，通过由二极管,D,和滤波电容,C1,构成的检波电路，,将调幅信号包络解调下来，得到调制前的音频信号，再将音,频信号进行低频放大，送到喇叭，就完全还原成可闻的声波,信号。,最简收音机的缺点：

13、,最简,AM,收音机（也称高放式收音机）,的工作原理，它简单，但可行性、可使用性太,差，不适合日常使用。,由于高放式收音机中高频放大器只能适应,较窄频率范围的放大，要想在整个中波频段,535kHZ,1605kHZ,获得一致放大是很困难的。,因此用超外差接收方式来代替高放式收音机。,二、超外差式收音机原理,所谓超外差式，就是通过输入回路先将电,台高频调制波接收下来，和本地振荡回路产生,的本地信号一并送入混频器，再经中频回路进,行频率选择，得到一固定的中频载波（如：调,幅中频国际上统一为,465KHz,或,455KHz,）调制,波。,超外差的实质就是将调制波不同频率的载,波，变成固定的且频率较低的

14、中频载波。在广,播、电视、通讯领域，超外差接收方式被广泛,采用。,在超外差的设计中，本振频率高于输入频,率。用同轴双联可变电容器，使输入回路电容,C,1,和本振回路电容,C,2,同步变化，从而使频率差,值始终保持近似一致，其差值即为中频，,如接收信号频率是：,600kHz,，,则本振频率是,1055kHz,；,如接收信号频率是：,1000kHz,，,则本振频率是,1455kHz,；,超外差式收音机的优点,超外差方式使接收的调制信号变为统一的,中频调制信号，在作高频放大时，就可以得到,稳定且倍数较高的放大，从而大大提高收音机,的品质。,比较起来，超外差式收音机具有以下优点：,1,、接收高低端电台

15、（不同载波频率）的灵敏,度一致；,2,、灵敏度高；,3,、选择性好（不易串台）。,4,、整个接收频段范围，输出信号比较平稳。,第四节,收音机工作原理,一、调幅,(AM),工作原理,调幅收音机由输入回路、本振回路、混频电,路、检波电路、自动增益控制电路（,AGC,）及音,频功率放大电路组成，如下图所示。,一、调幅,(AM),工作原理,输入回路由天线线圈和可变电容构成，本,振回路由本振线圈和可变电容构成，本振信号,经内部混频器，与输入信号相混合。混频信号,经中周和,455kHz,陶瓷滤波器构成的中频选择回,路得到中频信号。至此，电台的信号就变成了,以中频,455kHz,为载波的调幅波。,中频信号进

16、行中频放大，再经过检波得到,音频信号，经功率放大输出，耦合到扬声器，,还原为声音。其中，中放电路增益受,AGC,自动,控制增益控制，以保持在电台信号不同时，自,动调节增益，获得一致的收听效果。,二、调频（,FM,）工作原理,调频（,FM,）收音机由输入回路、高放回路、,本振回路、混频回路、中放回路、鉴频回路和音,频功率放大器组成。如下图所示。,二、调频（,FM,）工作原理,调频的接收天线以耳机的地线替代，也可直,接插上配给的天线,ANT,，二者工作原理相同。调,频广播的高频信号输入回路直接经电容,C,、,L,组成,的,LC,振荡回路，实际上构成一带通滤波器，其通,频带为,88MHz,108MHz,。在集成块内部接受的,调频信号经过高频放大，谐振放大。被放大的信,号与本地振荡器产生的本振信号在内部进行,FM,混,频，混频后输出。,二、调频（,FM,）工作原理,FM,混频信号由,FM,中频回路进行选择，提取,以中频,10.7MHz,为载波的调频波。该中频选择回,路由,10.7MHz,滤波器构成。中频调制波经中放电,路进行中频放大，然后进行鉴频得到音频信号，,经功率