通信电子线路课设

1、 兰州理工大学课程设计报告目录一、前言1二、设计指标2三、系统总述3四、单元电路设计与仿真54.1输入回路54.2高频谐振放大器54.3电容反馈三端振荡器(考毕兹电路)74.3.1 振荡器的概述74.3.2 LC选频放大电路：74.4单差分对构成的乘法器混频电路94.5中频谐振放大器104.6乘积型同步检波114.6.1同步检波的原理114.6.2同步检波的作用11五、整机电路设计图14六、设计总结15七、参考文献15一、前言 信息传递是人类社会生活的重要内容，没有通信，人类社会是不可想象的。近年来，电子工业的发展非常惊人，当然这些进步都成了人类社会不可缺少的东西，1937年莫尔斯发明的有线电

2、报开创了利用电传递信息的新时代。1876年贝尔发明的电话已成为我们日常生活中通信的重要工具，1918年，调幅无线广播调幅接收机的问世；1936年，商业电视广播开播。伴随着人类的文明，社会的进步和科学技术的发展，电信技术也以一日千里的速度飞速发展，然而无线通信在现在的生活中更重要，我们常用的手机，无线电话还有各种电器的遥控器等，大到航天小到玩具都离不开发射和接收设备。调幅接收是目前应用最广泛的接收方式之一。调幅接收机是一种常用的广播通信工具,有多种制作形式。在无线电广播中可分为调幅制、调频制两种调制方式。低频信号有效的发射出去需要经过高频信号调制，利用高频信号作为载波，对信号进行传递，可以用不同

3、的调制方式。目前调频式或调幅式收音机，一般都采用超外差式，它具有灵敏度高、工作稳定、选择性好及失真度小等优点。这次课程设计我选用的是超外差式调幅接收机。本设计包括输入回路、高频放大、本机振荡与混频、中频放大、解调和低频放大。输入回路是选择接收信号的部分,需要调谐于接收机的工作频率;高频放大是将输入信号进行放大,同样需要调谐于接收机的工作频率;解调是将已调信号还原成低频信号;本机振荡则是为解调器提供与输入信号载波同频的信号;最后的低频功放则是将声音信号放大。二、设计指标2.1 范围：535-1065kHz2.2 中频频率：465kHz2.3 灵敏度：14dB2.5 输出功率：最大不失真功率100

4、mW2.6 消耗：静态时，12mA，额定时约80Ma三、系统总述超外差式调幅接收机原理本设计采用超外差式调幅接收机。超外差式调幅接收机的组成原理框图如图3-1所示本振高频放大中频放大混频输入回 路 检波低频放大输出回路 图3-1 超外差式调幅接收机原理 图中，高频放大器由一级或多级小信号调谐放大器组成，用来放大电磁波在天线上感生的有用信号；同时，利用放大器中的谐振回路抑制其他频率的干扰信号。由于谐振放大器的中心频率随所接收信号的频率的不同而变化，因此，高频放大器必须是可调谐的。混频器是将已调信号不失真地变换为中频已调信号的变换电路，本机振荡器产生的高频震荡信号的频率是载波频率和中频频率之和。由

5、于载波频率是随接收信号的不同而变化的，所以，本振频率是跟踪载波频率同步变化的，以使得中频信号是固定值。中频放大器用来放大中频调幅信号，由于中频频率已固定，因此中频放大器的选择性和增益可以设计得很好，并使选择性、放大性等性能得到极大的提高。检波器滤去高频分量，得到反映信息的调制信号。最后经过功率放大器向扬声器提供必要的推动功率。超外差调幅收音机基本原理：空间有许许多多电台发送的电磁波，它们都自己的固定频率，收音机通过天线和由电感线圈和可变电容器组成的谐振电路（称调谐电路）来选择性的接收所需高频信号。由调谐电路选择出的所需要的电台信号是已调幅的高频信号，并且十分微弱，需要先经过高频小信号放大器进行

6、放大处理，再经过变频器（混频器和本振）将高频信号变为频率为465KHz的中频信号，这是超外差式收音机的核心部分，由于它是调制信号，喇叭无法将这种信号直接还原成声音，因此，必须从高频信号中把音频信号分离出来，这个分离过程称为解调，或检波。在收音机中，检波是由半导体器件二极管或三极管来完成。调幅的高频信号经检波还原出音频信号，再经过低频功放然后送往喇叭，喇叭将音频信号还原为声音。收音机接收天线将广播电台播发的高频的调幅波接收下来，通过变频级把外来的各调幅波信号变换成一个低频和高频之间的固定频率465KHz（中频），然后进行放大，再由检波级检出音频信号，送入低频放大级放大，推动喇叭发声。而不是把接收

7、天线接收下来的高频调幅波直接放大去检出音频信号（直放式）。超外差式收音机由输入回路高放混频级、一级中放、二级中放、前置低放兼检波级、低放级和公放级等部分组成，接受频率范围为535KHZ1605KHz的中波段。从天线接收到的微弱高频信号V1先经过一级或几级高频小信号放大器放大为V2，然后送至混频器与本地振荡器所产生的等幅振荡电压V3相混合，所得到的输出电压V4包络线形状不变，仍与原来的信号波形相似，但载波频率则转换为V2、V3两个高频频率之差，这叫做中频。中频电压V4再经中频放大器放大为V5，送入检波器，得到检波输出电压V6，最后再经低频放大器放大为V7，送至扬声器中转变为声音信号。天线接收到的

8、高频信号通过输入，将所要收听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（我国为465KHz），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。我们音机内制造个振荡电波(通常称为本机振荡)，使它和外来高频调幅信号同时送到一个晶体管内混合，这种工作叫混频。由于晶体管的非线性作用导致混频的结果就会产生一个新的频率，这就是外差作用。任何电台的频率，由于都变成了中频，放大起来就能得到相同的放大量。调谐回路的输出，进入混频级的是高频调制信号，即载波与其携带的音频信号。混频器输出的携音频包络的中频信号由中频放大电路进行一级、两级甚至三级中频放大，从而使得到达

9、二极管检波器的中频信号振幅足够大。二极管将中频信号振幅的包络检波出来，这个包络就是我们需要的音频信号。音频信号最后交给低放级放大到我们需要的电平强度，然后推动扬声器发出足够的音量。四、单元电路设计与仿真4.1输入回路磁性天线感应来的信号送到谐振回路L1Ca，由于L1Ca谐振回路调谐在欲接收信号的回路上，因此其他的干扰信号将被抑制。输入回路的设计如图4.1-1所示 图4-1 输入回路输入回路由电感线圈和可变电容构成。由于本振频率是跟踪载波频率同步变化的，因此该处的可变电容要Ca和后面的可变电容Cb联调。磁性天线采用5mm13mm55mm的中波磁棒，初级用线经017毫米的漆包线绕100圈，次级用同

10、规格的线绕10圈。这样就把磁棒天线接收到的信号耦合到了cd端，继而送到高频放大器BG1的基极。T1是磁性天线线圈，从天线接收进来的高频信号，通过输入调谐电路的谐振选出需要的电台信号，当改变Ca时，就能收到不同频率的电台信号。4.2高频谐振放大器高频谐振放大器是放大中心频率在几百兆赫兹到几百千兆赫兹的放大器。它在通信电子系统中有着重要的用途，通常应用在广播、电视、通信、雷达等无线通信的前段接收机中，其对接收机的灵敏度、抗干扰性和选择性等整机指标有关键性影响。高频谐振放大器主要由衰减网络、LC谐振放大、电压跟随和电源四大模块组成。衰减器采用电阻式型网络实现。LC谐振放大中选用功耗小的2N2222型

11、三极管进行两级放大,LC谐振部分为放大器的负载；电压跟随采用集成运放OPA355，以实现电路阻抗的良好匹配；为了给放大器工作提供稳压电源，采用LM317稳压芯片设计了一个电源。经测试，放大器低功耗、高增益，具有良好的选择性。 图4-2 高频谐振放大器电路 图4-3 高频谐振放大器电路仿真波形4.3电容反馈三端振荡器(考毕兹电路)4.3.1 振荡器的概述振荡器的种类很多，根据工作原理可分为反馈型振荡器和负阻型振荡器，根据所产生的波形可分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器；根据选频网络可分为LC振荡器晶体振荡器RC振荡器等。反馈型振荡器的原理框图如下： 图 4-4 反馈振荡器原理图4.3.2 LC选频

12、放大电路：基本电路就是通常所说的三端式(又称三点式)的振荡器, 即LC回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而成的电路。根据谐振回路的性质, 谐振时回路应呈纯电阻性, 因而有一般情况下, 回路Q值很高, 因此回路电流远大于晶体管的基极电流 İb 、集电极电流İ c以及发射极电流 İe, 故有因此X1、 X2应为同性质的电抗元件。考毕兹电路的优点1电容反馈三端电路的优点是振荡波形好。2电路的频率稳定度较高，适当加大回路的电容量，就可以减小不稳定因素对振荡频率的影响。 图4-5 电容三点式振荡器电路 图4-6 电容三点式振荡器电路仿真波形4.4单差分对构成的乘法器混频电路 在现代通信和广播电视接

13、收中，对接收到的信号再解调前要进行混频（也称变频）处理，将信号的中心频率及各分量频谱搬移至新的频段各分量的频率间隔和相对幅值保持不变。进行这种频率变换时，新的频率等于等于原信号的频率与某一参数频率之和或差，取其和着称为上混频，取其差着称为下混频。新的中心频率通常称为中间频率，简称中频，参考频率称为本机振荡频率，简称本振。 由于混频是频谱的线性搬移，原则上讲，用于振幅调制与解调的电路均可用于混频，只需要改变输入回路和输出滤波器的参数。 乘法器能实现两个互不相关的模拟信号间的相乘功能，是一种普遍应用的非线性模拟集成电路。在高频电子线路中，振幅调制、同步、检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过

14、程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分立器件如二极管和三极管要简单得多，而且性能优越。所以本实验采用乘法器电路实现混频。模拟乘法器是实现两个模拟信号相乘的器件，是一种通用性很强的非线性器件。因可变跨导差分对模拟乘法器具有精度高载漏小，工作频带宽等优点，因而广泛用于振幅调制、解调和混频。 图4-7 单差分对构成的乘法器混频电路 图4-8 单差分对构成的乘法器混频电路仿真波形4.5中频谐振放大器中频谐振放大器的主要作用是提高增益和抑制临近干扰。中频放大电路是指变频输出至检波之间的电路，其性能直接影响接收机的灵敏度，选择性和频率特性等指标。一般的接收机都采用

15、两级中频放大、三个中频变压器和中频放大电路同时作用时选频。放大中频信号和耦合传送信号对中频放大电路的要求是：增益大，选择性好，有一定宽度的中频带，放大电路的稳定性要好等。 图4-9 中频谐振放大电路 图4-10 中频谐振放大电路仿真波形4.6乘积型同步检波4.6.1同步检波的原理同步检波又称为相干检波，乘积型同步检波由乘法器和低通滤波器组成。乘积型同步检波的原理图如图4.5-1所示：低通滤波器 图4-11 乘积型同步检波原理图 4.6.2同步检波的作用同步检波是用一个和载信号同频同相的本振信号与以调信号相乘来实现信号的解调。如下图所示，已调信号和载波频率都为50kHz,经相乘器得到解调信号，然

16、后再经过低通滤波器滤去高频成分，得到所需的解调信号。其中红色的为已调信号，绿色的为解调信号，蓝色的为经过低通滤波器之后的信号。 图4-12 乘积型同步检波电路图 图4-13 乘积型同步检波仿真波形4.7低频放大功率放大器的主要任务是输出大的信号功率，它的输入、输出电压和电流都较大，是大信号放大器。它消耗能量多，信号容易失真，输出信号的功率大。低频放大的作用是产生足够大的功率，以便推动喇叭工作。该低频放大工作在乙类的放大电路，虽然管耗小，有利于提高效率，但存在严重的失真。如果用两个管子，使之都工作在乙类放大状态，但一个在正半周工作，另一个在副半周工作，同时使这两个输出波形都加在负载上，从而在负载

17、上得到一个完整的波形，这样就能解决效率与失真的矛盾。此处的低频放大指的是功率放大级的末前级，功能是对低频信号进行放大，其电路如图4.6-1所示：图4-14 低频放大电路图 图4-15 低频功率放大电路的仿真波形五、整机电路设计图图5-1 整机电路图六、设计总结经过我们组同学的商量，我拿到的设计任务为乘积型同步检波电路和低频功率放大器电路的设计。在拿到题目的几天里，查阅了图书馆、internet网，阅读了大量的调幅接收机设计的资料，并且整理了它们。通过这次课程设计，使我懂得了调幅接收机的工作原理。在今后的实践工作中，它将带给我无穷的设计思路和启发。在无线电信号接收处，先用接收天线将接收的电磁波转

18、变为已调波的电流，然后从这已调波电流中检出原始信号，最后再用听筒或扬声器将检波出的音频信号转化为声能音，就能听到声音了。但是，接收天线接收的电磁波很微弱，为了提高接收机的灵敏度，可在检波器之前加一级或几级高频小信号放大器，然后再检波。检波之后，再经过适当的低频放大，最后送到扬声器转为声音，这样的接收机叫做直接放大式接收机。它的缺点是，对于不同的频率，接收机的灵敏度和选择性变化剧烈，所以采用了超外差式调幅接收机。这次课程设计虽然短暂，但却给了我一次自主设计电路的机会。在设计过程中，书本上学过的知识第一次完全在实际中实现，并且学到了在课本中不曾学过的知识。通过本次设计。留给我印象最深的是要设计一个成功的电路，必须要有耐力，要有坚持的毅力。在整个设计的过程中，遇到了许多困