调频收音机设计仿真报告

1、一、绪论调频收音机（FMRadio ）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

2、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。本次课程设计的任务是设计并制作一个调频收音机， 使收音机的调频部分实 现88MHz- 108MH调频广播接收；并且完成电路设计，相关参数计算；完成各模 块仿真，并提供仿真报告；完成印刷电路板设计、制作及安装调试。本次设计采用的是

3、“高频放大、本振电路、混频、中频放大、鉴频及低频放 大电路”的电路单元，其整机具有灵敏度高、工作稳定、选择性好及失真度小、 噪声小等优点； 且外围电路元件较少， 适合自己动手焊接装配， 以达到学习和实 践相结合的目的。1. 主要技术指标（1）工作频率范围：收音机接收到的无线电波的频率范围成为收音机的工 作频率，在整个接收的范围内满足主要的性能指标， 工作频率必须和发射机的频 率相对应。调频广播收音机的频率范围为 88-108MHZ因为调频广播发射机的频 率一般为88-108MHZ中频频率为465kHz。（2）灵敏度：收音机接收微弱信号的能力称为灵敏度，一般用输入电压来 表示。可以接受的信号越小

4、， 灵敏度就越高。 一般生活中调频收音机的灵敏度为5-30uV。（3）选择性：收音机从各种干扰信号中选出所需要的信号或衰减不要的信号的能力称为选择性，单位用dB表示。dB数越高选择性越好。调频收音机的中频 干扰大于 50dB。（4）通频带：收音机的频率响应范围称为通频带。调频收音机的通频带一 般为 200kHz。（5）输出功率：收音机的负载输出最大不失真功率称为不失真功率。输出 功率应该不小于 100mW。2. 设计方案(1) 方案论证与设计调频收音机主要由天线、高频放大、本振、混频、中频放大、鉴频、低频放 大和扬声器几个模块组成。本设计利用三极管的放大特性进行信号的放大，再通 过并联谐振选频

5、网络进行频率的选择。采用分级设计的方式进行各个模块的设计。为防止前后级电路的干扰，影响，可在两级之间加射极跟随器或者采用电感 耦合的方式将前后级隔离，减少后级电路对前级电路的影响。(2) 系统原理框图天线喇叭98.7118.7MHz88108MHz10.7MHz(3) 工作原理介绍调频(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(低频)功率放大器组成。高频放大后信号与本地振荡电路产生的本振信号进行混频，混频后输出，再 将混频信号由中频回路进行选择， 提取以中频10.7MHz为载波的调频波。该中频然后进选择回路由10.7MHz滤波器构成。中频调制波经中放电路进

6、行中频放大， 行鉴频得到音频信号，经功率放大输出，耦合到扬声器，还原为声音。(4) 总体电路图所需元件清单如下表元器件名称型号数量/个电阻10k55k23k42k11k5电位器104（ 100k 可调）1可调电感2.1u-6.8uH1电感220uH20.1uH110mH3电容1pF318 pF1150 pF210uF12可调电容3/10 pF1陶瓷鉴频器J10.7MC11纯铜收音机拉杆天线全长762mm四节1三极管S90146喇叭（扬声器）Real play小喇叭扬声器直径4CM1电池座可装两节五号电池1电池5 号( 1.5V)2、各单元电路设计1. 高频小信号放大电路晶体管高频小信号放大器不

7、仅要放大高频信号，而且还要有一定的选频、滤波作 用，因此晶体管的负载应为LC并联谐振回路。在高频情况下，晶体管本身的极间 电容及连接导线的分布参数等会影响的频率和相位。 同时对于此高放，还应满足 一下三点要求要求：工作稳定。（1）（2）选择性好，即有一定的通频带。（3）失真小，增益高，且工作频率变化时增益变动不应过大。高频小信号谐振放大电路主要由晶体管、 负载、输入信号和直流电源等部分电路 组成。晶体管基极正偏，工作在甲类，负载为LC并联谐振回路。该放大电路能够 对输入的高频小信号进行反向放大。其中？=12?/?=88108?下面以88MH为例，进行仿真。XSC1静态工作点设置如下:VCC3V

8、Rb1；3k QQ12N2369Rb2 魯k QRe1:1k Q选频网络如下图所示：r V.85uH : :险疔飓： 忆0倔乐:C4 : I * IpF其中电容C=0.1uH,电感为2.85UH的可调电感，二者并联，组成并联谐振网络。仿真结果及分析T1石网T2主匝T2J1时间13.363 us13.372 usa. 718 ns通道/13L.532ljV26.119 mV25.53® mV通道1.373 mVSt2.50LuV-1.060 mV保存时基通ilAa道0触发10 nsjrt)iv劇度：20 mV/DivprnV伽:边沿：回*| |71 S E>t工轴位移船）：0Y轴

9、位移（格：J： 0Y袖位移格）：0口木平：o1 V1 v/r 1 凉加 e/A “1交谎II 0 1直療1交剌0直療二单次1正常丨自动无：外触左由仿真结果可得电压增益 A=26.119/1.373=19.02,满足放大倍数大于10的要求。通过光谱分析仪可得，其输出中心频率位于88.397MHz处。2. 本振电路本次设计采用西勒电路作为本振电路。西勒电路主要特点就是在回路电感 L两端 并联了一个可变电容C4,而C3为固定值的电容器，且满足 C1、C2远大于C3,C1、C2远大于C4回路的总等效电容为C 三=C 斗 + jj1 C 44+Cl G C,所以，振荡频率为"証珥 Mgc.+C

10、J在西勒电路中，由于C4与L并联，因此C4的大小不影响回路的接入系数。 如果 C3固定，通过变化C4来改变振荡频率，则R''L在振荡频率变化时基本保持 不变，从而使输出振幅稳定。此种振荡器的优点是：较易起振，振荡频率也较为稳定，波形失真较小，当参数 设置得当时，其频率覆盖系数较大，因而选用此电路进行电路设计 对于一般小功率自动稳幅LC振荡器，静态工作点要远离饱和区，靠近截止区， 以得到较大的输出阻抗。一般根据具体电路和电源电压大小集电极电流一般取 14mA在实际偏置参数选定时，在可能条件下发射极偏置电阻尽可能取大一好。 参数选择主要是根据满足振荡频率，满足起振条件并有足够的振荡

11、幅度和规定的 频率稳定性等因素加以考虑。若以频稳性角度出发回路电容应取大一些， 有利于 减少并联在回路上的管子极间电容等变化的影响。但 C不能过大，C过大，L会变小，Q值会变低，振荡幅度也会变小。为了解决频稳和振幅的矛盾，通常用部 分接入。前已讨论反馈系数F=C1/C2不能过大或过小，适宜1/81/2.1令 L=0.1uH 则?0?=-=0V?2? V ?(?3+?4)其中？的取值范围为98.7MHz118.7MHz 若C3=20pF则可取C4=10pF的可变电容。因要满足C1,C2>>C3,C4F= C1/C2 取值为 1/81/2，可取 C1=400pF,C2=410pFXSC

12、1Ext TrigVCC严1> 2k Q宅 10mH 3VXFC1»Cb1± 10uFRb2:15k QQ1c2N2369Re11.5k QC1.zz 400pFC3* 20pF102L=aC2L1 410pF I 0.1uHC410pFKey=A 70 %冥T1 *- t*T2F时§ _标度：吋伺47.267 OS47.267 usQ.QQCicX轴位1W； |D回忍口 B/A II A用a适科兀1123 mV47D, 123 mVO.QOOVjSjAW： 询湖觀；也I袁克I 0 II直为眉 MmVajSjSB Zj刻陈 3仔 ± Y铀应移（格）

13、；厂文制I 0 I直流1二边沿:S屯囚 水即；lp单空II正常”口勘匡IE匚站IV3. 混频电路也就是说它是一个线性频率谱搬电路， 对于调 只是其载波频率变化了，其调制规律是不变混频电路是一种频率变换电路，是时变参量线性电路的一种典型应用。 如一个振 幅较大的振荡电压（使器件跨导随此频率的电压作周期变化） 与幅度较小的外来 信号同时加到作为时变参量线性电路的器件上， 则输出端可取得此二信号的差频 或和频，完成变频作用。它的功能是将已调波好的载波频率变化换成固定的中频 载频率。而保持其调制规律不变， 频波通过变频电路后仍然是调频波。的。本振信号从射极接入，高频信号从基极接入。本次设计采用如下晶体

14、管混频电路，因此，相互干扰产生牵引现象的可能性小。同时，对于本振电压来说是共基电路， 其输入阻抗较小，不易过激励，因此振荡波形好，失真小。这是它的优点。但需 要较大的本振注入功率；不过通常所须功率也只有几十mW本振电路是完全可以供给的。+()在集电极接选频网络，从中选取频率为10.7MHz的中频信号。因而可选取电感L=2.2uH，电容 C=100pF| IlJ口口口口,L12.2uHXFC1123QC1丄 100pF由图可知示波器1中A、B通道分别显示的高频放大信号和本振信号, 显示的是混频之后的波形。时基通ilA®道0融发标團20 n时恤搠陈 12 mv/av200 mV/Div:

15、边沿：X轴位移：0Y轴位移|1Y袖位移格）：-L61水平：1 m 1 凉加 e/A A/B交谎II 0 II直剌交凉01直剌*单次 'K.时间4O.aO5us40.305 LIS0.000 S通道丄74.669 uV74.e69 uV lO'.OOO V通道 -97.197 mV -57.197 mV0.000 ¥T1石朗T2主匝T2J1刚子外触左B Ext自动coVCC = =3V-X&C2X时间41.395 US41.曲 5 LIS0.000 S叵向桁外触左经过变频器混频之后输出的波形时基通ilAa道01触发50 n时恤S V/Div1边沿：艾轴位移：0Y

16、轴位移（格：J： 0Y轴位移格）：水平：1 v/r 1 凉加 e/A“交谎1 0 II直療1交凉01直剌*单次区B已龙正常L自动送-3.832 fV -3.SS2fV lO'.OOO V通过测试可知，能够成功混频，并能成功选出所需频率。4. 中频放大电路中频放大器主要是将混频器输出的信号进行大幅度提升，以满足解调电路的需要。其主要质量指标有：电压增益 Av、通频带BW0.7选择性、噪声系数。对于中频 放大器,不仅需要得到高的增益、好的选择性，还要有足够宽的通频带和良好的频 率响应、大的动态范围等。前级混频器输出频率为10.7MHz在此次中频放大过程中，应该保持其频率不变， 只对其幅值进

17、行放大。不过为了防止干扰频率的影响，仍然选用选频网络对其进 行频率选择。选频频率为10.7MHz，若电容C=1 pF则电感L=220uH设计的中频放大电路如下图：通过示波器仿真如下ll<T1石朗T2主匝T2J1时间27D.«7u5270.497U50.000 £通道45.449 mV45.44 mVlO'.OOO V通道934,441. uV934.44LUV0.000 ¥期外触战时基 标團 工轴位移【格）： 回济加晞：A阳hOO ns/t>iv通ilAY轴位移（格）：0lOOmV/Div交谎0 II直療I.触发1边沿：Y轴位移格）：|0 _水

18、平：交凉口丽 璋更I工常自动无通道日2mVA5iv7171 E Ex tfo102通道B为输入信号，通道A为输出信号，明显可以看出对输入信号进行了几 十倍放大。这将有利于之后鉴频电路的正常工作。通过光谱分析仪可得，其中心频率为10.890MHz由于输入信号存在频偏分 量，使得结果偏离10.7MHz,但是影响不大。5. 鉴频电路鉴频器的任务是从调频信号中检出调制信号，它包括变换部分及振幅检波器 部分。利用LC谐振回路实现振幅鉴频，LC谐振回路构成的频幅变换网络将等幅的 信号变换为FM-AM言号，然后利用包络检波电路恢复出原调制信号。因为调频波振幅恒定，所以无法直接用包络检波器解调。由于二极管峰值

19、包 络检波器线路简单、性能好，能够将等幅的调频信号变换成振幅也随瞬时频率变 化、既调频又调幅的FM-AM波，也就可以通过包络检波器解调此信号。设计的鉴频电路如下：XSC1VCC I 3VAflExt Trig吐二10 QV1l1D1WC2卄0.1uFR320k Q2N2369Q14700pFC14 4700pR42k QR5C4丰 4700pF 5k QAB从示波器可以看出，本鉴频电路实现将调频波变成调频 +调相波，然后再进 行包络检波，从而提取出调制信号。从示波器波形可以看出，可以实现鉴频。提 取的调制分量频率为50kHz。但考虑到所提供的元件中有10.7MHz的鉴频器，故直接采用鉴频器元件

20、，同 时也可以减少误差。6. 低频放大电路从鉴频器输出的信号一般很小，所以在输出极一般采用低频功率放大电路。 设计低频放大电路如下：XSC1V1Rb1:3k QExt Trig七一XFC1I01甲C11V2fQ1L1 0mhC210uF1021232N2369通过示波器仿真如下:Rb2'10k QRe11k QC310uF厂、1.41mV pkC；j50kHz:T1石朗；T2主匣:T2-T1时间38. LlBms33115 ms0.000 £ia.B36mV18.036 mV lO'.OOO VnsiT-1.408 mV -1.40S mV0.000V保存外触战时基通

21、道A通道B触发20 ds/Div劇度：lOOmV/Dtv1 mVAiv1边沿：因区B Ext工铀位移船）：0Y轴位移（格1：0Y釉位移m）： |otK平：0|v1 v/r 1 济加 e/A “交谎1 0 II直療1交凉01直療1 *单次正當自动无：通道A为输出信号，通道B为输入信号，从图可得此低频放大电路对输出信 号放大了近100倍，有利于驱动喇叭的正常工作。PnIIT:訂I5T.ITl4二HHiSf禹-T盂'.R_aL!輸出I：_ZC-4rrxkkfliipb*'HLu:Ir X*L? YT訂L :即 J*fl-侯- %pCzi；莒： I 0 M I*為叶LIl:Ka：:K7=Lc：fl fast严亠幣-TIcF11 1-RlLil四、PCB勺设计与制作1.原理图绘制将前面的各分立模块按照高频放大、本振、混频、中频放大、鉴频以及低频放大的顺序连接即可。C .jj血FUt.c *12f U'I<U,2.PCB绘制13F0I囤 T* lOSfl111 s-+k£T 3匚丄口sr Jin"JTOaiaFIVlifl频收昔机旨老怖：iT 组员：茹划nlil