通信电子线路课程设计

1、兰州理工大学课程设计报告目录一、前言1二、设计指标1三、系统总述33.1高频小信号放大原理33.2原理33.3 晶体振荡器原理43.4 鉴频原理43.5 低频功率放大器5四、单元电路设计与仿真64.1 高频小信号放大器电路设计及仿真64.2 混频电路设计及仿真84.3 晶体振荡器电路设计及仿真94.4 中频放大电路设计及仿真114.5鉴频电路设计及仿真124.6低频放大电路设计及仿真14五、整机电路设计图15六、设计总结16七、参考文献1716一、前言随着人们生活水平的不断提高和电子科技的飞速发展，特别是近年来物质生活水平的提高，人们相互之间交往所利用的通信手段也越来越多，人们不断追

2、求生活方式的多样化和个性化；电子科学的发展尤其是无线通信的快速发展给人们工作和生活注入了新的色彩；人们可以随心所欲地享受着无线通信工具所带来的乐趣。调频模拟通信最早的语音通信方式，广播电台就是它的一种形式，这种传统的通信方式在今天依然有着广泛的应用，并且也向着多样化和个性化和微型化的方向发展；随着时代的发展它的作用也在发生着变化，广播电台虽然现在已经不是人们获取信息的一种主要手段，但是它在很多方面依然发挥着主要的作用，它已经走进了我们的生活，在我们小集体范围内如：学生宿舍、宾馆等场所，由于其使用方便、价格低廉、技术成熟、可进行一对多的无线广播等诸多优点，所以将依然会发挥重要作用。不仅如此，随着

3、人们追求生活的个性化它在家庭领域也将会给人们带来很大的乐趣，利用一个小型的无线广播台和一个微型的收音机就可实现在家庭的任何角落播放自己喜欢的音乐，会给人们带来无限的乐趣。无线电信号是用天线将接收到的电磁波转变为已调波电流，然后从已调波电流中检出原始的信号。高频电路大部分应用于通信领域，信号的发射、传输、接收都离不开高频电路。通信技术在我们的生活中广泛应用，而我所学的是电子信息工程，有一部分涉及的是通信技术，所以对于这次设计，我选择了超外差式调频接收机。在以前应用最广泛的是调频接收机，随着科学技术的发展，出现了超外差式调频接收机。现在接收机几乎全是超外差接收机。 本次课程设计，其目的就是将所要接

4、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，然后在进行放大和鉴频。这个固定的频率，是由差频的作用产生的。接收机的设计，将其分为输入回路、高频放大、混频、中频放大、鉴频及低频功率放大等六部分。其优点是大大提高接收机的增益、灵敏度和选择性。设计目的：1、全面复习通信基本电路的基础知识。2、理解课本知识从而掌握调频接收机电路的设计方法。3、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。4、掌握使用电路仿真软件Multisim进行基础的电路仿真与调试。5、巩固word的基础操作的用法。二、设计指标 调频接收机的主要技术指标有：（1）工作频率范围 接

5、收机可以接收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。如调频广播收音机的频率范围为88108MHz，是因为调频广播发射机的工作频率范围也为88108MHz。（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530V。 （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比应大于50dB。（4）频率特性 接收机的频率响应范围称为频率特性或通

6、频带。调频机的通频带一般为200KHz。 （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。三、系统总述一般调频接收机的工作原理是：天线(拉杆天线)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(如果调谐回路输车信号不是很微弱,可省区这一级)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，经过解调器 解调后，再由低频功放级放大,驱动

7、扬声器或控制器。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。接收机由调谐电路、变频器、中频放大器、检波器、音频放大器等部分电路组成。调谐电路是将空中众多的电磁波中选出我们所需要的电台。 变频器是将天线接收到的电磁波和本机振荡信号混合后产生一个 中频信号，然后送入中频放大器进行放大。鉴频器是将放大后的中频信号将声音信号从电磁波中分离出来，也叫解调，是调制的反过程。音频信号经过音频放大器放大后通过喇叭发出声音。 由上可以看出接收机电路的基本内容应该包括： （1）高频小信号放大电路。 （2）混频电路。 （3）晶体振荡器电路。 （4

8、）鉴频电路。 （5）低频功率放大电路。接收系统原理框图:高频放大大混频器大中频放大本振鉴频器大低频功率放大 图1 调频接收机组成框图3.1高频小信号放大原理高频放大器与低频放大器的主要区别是二者的工作频率范围和所需通过的频带宽度都有所近谐振频率的信号有较大的增益。对于远离谐振频率的信号，增益迅速下降。对于高频小信号放大器来说，由于信号小，可以认为它工作在晶体管的线性范围内。它的主要质量指标有增益、通频带、选择性。 3.2原理  混频就是把高频信号经过频率变换，变为一个固定的频率,混频器是频谱线性搬移电路，将信号的中心频率几各分量频谱搬移至新的频段，各分量

9、的频率间隔和相对幅值保持不变。进行这种频率变换时，新的频率等于原信号频率与某一参数频率之和或差，取其和者称为上混频，取其差者称为下混频。新的中心频率通常称为中心频率，简称中频，参考频率称为本机震荡频率，简称本振频率。能够将输入的两路信号进行混频。混频器有两种：（1）晶体管混频器。它的优点是变频增益高，但它的动态范围校，组合干扰频率严重，噪声较大，存在本地振荡辐射。 （2）场效应管混频器。它的特点与晶体管混频器正好相反。 调频中，载波的瞬时频率或瞬时相位受调制信号的控制，作周期性地变化，变化的大小与调制信号的强度成线性关系，变化的周期由调制信号的频率决定。调频波的主要优点是抗干扰性强。指标有：频

10、谱宽度、寄生振幅、抗干扰能力。调频可分为直接调频和间接调频。3.3 晶体振荡器原理晶体振荡器实际上是压电效应振荡器。在一般应用中，用压电陶瓷可达10MHz，这种材料品质因数和温度稳定性相对较差，而用石英晶体做谐振材料可以满足温度系数小和低噪声的要求。石英晶体振荡器的频率稳定度可达到10-5数量级以上，具有高的品质因数，产生几千赫兹至几百兆赫兹的振荡频率。当外加交变电压与石英片机械共振时，石英片两级上的交变电荷最大，也就是通过石英片的交流电流最大，因而具有串联谐振特性。石英片的震动具有多谐性，除基频震动外，还有奇次谐波的泛音震动。利用石英晶体的压电效应，将石英晶体作为振荡回路原件，构成石英晶体振

11、荡器，可以获得很高的频率稳定度。其振荡原理与一般反馈式LC振荡器相同，只是把其他回路原件一起按照三端电路的基本准则组成三端振荡器。根据这种原理，在理论上可以构成几种基本的晶体振荡电路。3.4 鉴频原理鉴频是调频的逆过程，广泛采用的鉴频电路是相位鉴频器。其鉴频原理是：先将调频波经过一个线性移相网络变换成调频调相波，然后再与原调频波一起加到一个相位检波器进行鉴频。因此实现鉴频的核心部件是相位检波器。相位检波又分为叠加型相位检波和乘积型相位检波，利用模拟乘法器的相乘原理可实现乘积型相位检波。调频波的特点是振幅保持不变,而瞬时频率随调制信号的大小线形变化，调制信号代表所要传送的信息，我们在分析或实验时

12、，常以低频正弦波为代表。鉴频的目的就是从调频波中检出低频调制信号，即完成频率电压的变换作用。能完成这种作用的电路被称为鉴频器。相位鉴频器是利用双耦合回路的相位-频率特性将调频波变成调幅调频波,通过振幅检波器实现鉴频的一种鉴频器。它常用于频偏在几百KHz以下的调频无线接收设备中。常用的相位鉴频器根据其耦合方式可分为互感耦合和电容耦合两种鉴频器。调相波的解调电路,是从调相波中取出原调制信号,即输出电压与输入信号的瞬时相位偏移成正比,又称为鉴相器。对于调频波的解调电路来说,是从调频波中取出原调制信号,即输出电压与输入信号的瞬时频率偏移成正比,又称为鉴频器。与调幅接收机一样，调频接收机的组成也大多采用

13、超外差式的。在超外差式的调频接收机中，鉴频通常在中频频率上进行。在调频信号的产生、传输和通过调频接收机前端电路的过程中，不可避免地引入干扰和噪声，它们对FM信号的影响，主要表现为调频信号出现了不希望有的寄生调幅和寄生调频。要消除由寄生调幅所引起的鉴频器的输出噪声，通常在末级中放和鉴频器之间设置限幅器。就功能而言，鉴频器是将输入调频波进行特定的波形变换，使变换后的波形包含反映瞬时频率变化的平均分量，然后通过低通滤波器取出所需解调电压。鉴频的方法很多，第一类鉴频的方法首先是进行波形变换，将等副调频波变换成随瞬时频率变化的条幅波，然后用振幅检波器将振幅的变化检测出来。第二类是对调频波通过零点的数目进

14、行计数，因为其单位时间内的数目正比于调频波的瞬时频率。第三类鉴频方法是利用移相器与符合门相配合来实现。3.5 低频功率放大器低频功率放大器是一种能量转换电路，在输入信号的作用下，电路把直流电源的能量，通过前置放大级，功率放大级，转换成随输入信号变化的输出功率送给负载。整个电路主要由阻抗匹配电路、前置弱信号放大电路、功率放大电路组成。阻抗匹配电路，即电压跟随器，完成输入信号与放大电路之间的阻抗匹配；前置放大电路主要是对输入信号进行电压放大；功率放大电路完成对电压、电流的放大，为负载提供能量，增加带负载的能力。设计的电路结构简洁、实用，充分利用到了集成功放的优良性能。由于低频功率放大器运

15、行中的信号幅度，如电压、电流都很大，其突出的问题是要解决非线性失真和各种瞬态失真。因为，功率放大器的主要任务是在不失真的前提下放大信号的功率。常见的音频功率放大器电路可以分为甲类，乙类和甲乙类三种。另外为了完全消除甲乙类和乙类功率放大器产生的交越失真，又出现了超甲类放大器和直流放大器等等。可供选择的方案有很多。根据设计题目要求，功率放大可由分立元件组成，也可以由集成电路完成。四、单元电路设计与仿真4.1 高频小信号放大器电路设计及仿真4.1.1高频小信号放大器的功能高频小信号放大器是通信系统中常用的电路，它所放大的信号在数百千赫兹至数百兆赫兹之间，其功能是实现对微弱信号的高频信号进行不失真放大

16、。从信号所含频谱来看，高频小信号放大器的输入频谱与放大后输出信号的频谱相同。4.1.2高频小信号放大器的主要技术指标1.电压增益与功率增益 电压增益等于放大器的输出电压与输入电压之比，即: Au=U/U。而功率增益等于放大器输出给负载的功率与输入功率之比，即：A=P/P。2.频带宽度高频下信号放大器的通频带为放大器的电压增益下降到最大增益值1/倍时所对应的上半功率点与下半功率点频率之间的频带宽度，常用：B=2来表示。3.矩形系数 矩形系数是表示放大器的幅频特性接近矩形的程度，是表征高频小信号放大器好坏的一个量。一般情况下，它被定义为1%功率点带宽与半功率带宽之比，即：K=22式中，2为放大器的

17、电压增益下降到最大值的0.1倍时所对应的频带宽度，2为放大器的通频带。矩形系数的越接近1越好。4. .工作稳定性 放大器的工作稳定性是指放大器的直流偏置、晶体管参数、电路元件参数等由于各种原因发生可能变化时，放大器主要性能的稳定程度。5.噪声系数 用来表征放大器的噪声性能好坏的一个物理量。电路原理图如下图所示：图2 高频小信号放大电路图在Multisim窗口中，从示波器上观察到高频小信号放大输入与输出波形如下图所示： 图3 高频小信号放大仿真波形 4.2 混频电路设计及仿真 因为中频外来信号频率低且固定不变，中频放大器容易获得比较大的增益，从而提高收音机的灵敏度。在较低而又固定的中频上，还可以

18、用较复杂的回路系统或滤波器进行选频。它们具有接近理想矩形的选择性曲线，因此有较高的邻道选择性。如果器件仅实现变频，振荡信号由其它器件产生则称之为混频器。下图为三极管晶体混频电路。 图4 三极管晶体混频电路其中三极管实现频率变换，将天线接收到的高频调制信号（）与晶振组成的本机振荡器的输出信号（）进行混频，由LC选频网络选出中频信号（+）。频率变换的原理是，利用三极管集电极电流与输入电压之间的非线性关系实现频率变换。变换后的调制参数（调制频率和频率偏移）保持不变，仅载波频率变换成中频频率。对于图所示电路，由于高频调制信号从混频管的基极输入，本机振荡信号从混频管的发射极注入，故称这种电路为基极输入、

19、发射极注入式混频电路。这种电路的特点是：信号的相互影响较小，不易产生牵引现象，但要求本振的输出电压较大，以便使三极管工作于非线性区，实现频率变换。为使混频管在大信号输入下进入非线性工作区，静态工作电流不能太大，否则非线性作用消失，混频增益将大大下降。但也不能太小。实验表明+=+6V时，取（0.30.5）mA较合适。分析表明，振荡频率的表达式为 =式中，为晶振的等效电感，与频率有关，对于频率为几十兆赫的晶振，约为几毫亨；为使本机振荡器输出较大的电压，静态电流应较大，但也不能太大，否则会使振荡输出的波形发生畸变，产生高次谐波，影响混频级电路的性能。 由于混频管工作在非线性状态，易引起各种信号的干扰

20、，如中频干扰、镜像干扰等，采用晶振构成的本机振荡电路，可以减小干扰，必要时，在混频级前加一级高频调谐放大器，可大大抑制镜像干扰。下图为三极管晶体混频电路仿真输出波形。 图5 三极管晶体混频电路仿真输出波形4.3 晶体振荡器电路设计及仿真此设计采用并联型晶体振荡器电路，晶体振荡器电路是指用晶体振荡器代替电容三点式电路构成的振荡器。其中电容三点式皮尔斯晶体电路用的最多，如下图所示：图6 皮尔斯晶体电路（并联型晶体振荡器电路）1C2C3COCqrqR3LqRL图7 交流等效电路在图6中，R1、R2和RC构成分压式偏置电路，L1为高频扼流圈，C1为旁路电容，C5为耦合电容。相应的交流通路如图7所示，其

21、中晶体的等效电路用虚线框起来，小电容C4合并到CO中去了。可以看出，晶体在震荡器中起的是高Q电感的作用，震荡电路Cq相当于C4的作用。这个电路的震荡频率就是晶体的标称频率。并联型晶体振荡器电路输出波形如下图所示：图8 并联型晶体振荡器电路输出波形4.4 中频放大电路设计及仿真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。本次设计的中频放大电路如图所示：图9 中频放大电路原理图中频放大电路

22、电路仿真波形图如下： 图10 中频放大电路电路仿真波形图4.5鉴频电路设计及仿真实现调频信号解调的鉴频电路可分为三类,第一类是调频-调幅调频变换型。这种类型是先通过线性网络把等幅调频波变换成振幅与调频波瞬时频率成正比的调幅调频波,然后用振幅检波器进行振幅检波。第二类是相移乘法鉴频型。这种类型是将调频波经过移相电路变成调相调频波,时频率的变化成线性关系,然后将调相调频波与原调频波进行相位比较,通过低通滤波器取出解调信号。因为相位比较器通常用乘法器组成,所以称为相移乘法鉴频。第三类是脉冲均值型。失谐回路鉴频器是调频条 调幅调频变换性的鉴频电路，分为单失谐回路鉴频器和双失谐回路鉴频器，单失谐回路鉴频

23、器和双失谐回路鉴频器的工作原理相同，只是鉴频范围小，线性差，很少使用。为了获得较好的现行鉴频特性以减小失真，并适用于解调较大频偏的信号，采用由两个特性完全相同的单失谐回路对称组成的双失谐回路鉴频器，其原理电路图如下图所示： 图 11 鉴频电路原理图可以看出，双失谐回路鉴频器的输出电压为：U=U- U本设计的单元电路如下图所示：图12 双失谐回路斜率鉴频器仿真波形如下图所示：图13 输入调频波的波形图图14 输入调频波与输出信号的比较4.6低频放大电路设计及仿真 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

24、音 频信号， 所以采用了。其电路图如图所示。 图15 低频功率放大电路 低频功率放大器是对解调出来的单音频信号进行功率放大，以驱动负载工作。其仿真波形如图所示。如图所示，上面的波形为低频功率放大后的信号波形，明显比下面的波形幅值大。因为其工作在丙类状态，工作效率高。 图16 低频功率放大仿真波形五、整机电路设计图 图17 整机电路六、设计总结  这次课程设计首先对高频电路原理与分析课程的到了复习和应用。使得理论与实践相结合，对知识的掌握更佳熟练，并且对所学的知识的到了应用。使我明白了在知识的领域里我还有很多很多的不足，并且再一次的深深的体会到理论和实践之间还有很到的差别。在以后的学习

25、中应该多多的注意实践知识的训练和积累。在以后的学习生活中要不断的开拓自己的动手能力，不断的训练自己的动手能力。这次课程设计让我深深的明白了自己以后该做什么，该怎么去做。通过这次试验我复习了鉴频电路的设计。  为期近一周的高频电子线路课程设计已经接近尾声。通过这次课程设计首先对高频电路原理与分析课程的到了复习和应用。并且对所学的知识的到了应用。使得理论与实践相结合，对知识的掌握更佳的熟练。之后分析电路实现的方案，对不同的电路进行分析，结合任务要求找出最好的电路方案。并设计出它的总体电路图，了解电路图的各部分功能和电路实现的具体过程。对不同的电路进行分析，结合任务要求找出最好的电路方案。并设计出