简易调频接收机_图文

1、 河南理工大学通信基本电路课程设计 简易调频接收机学 院:电气工程与自动化学院专业班级:电信 08-2班姓 名:袁晓铭学 号 : 310808030207指导老师:张炜日 期:2011年 6月 10日摘要随着现在社会的快速发展, 电信技术以一日千里的速度飞速发展。 电信有一部分涉及的 是通信技术, 而无线通信在现在的生活中尤为重要, 我们常用的手机, 无线电话还有各种电 器的遥控器等, 大到航天小到小孩玩具都离不开发射和接收设备。 调频与调幅是目前应用最 广的两种发送接收方式, 随着社会发展调频方式越来越成为现代设备的必要工作方式。 所以 对于这次设计,我选择了超外差式调频接收机。所谓超外差,

2、 是指将所要接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。 在超外差式调频接收机的设计过程中, 应将其分为高频放大、 混频、 本振、 中放、 鉴频、低频放大六个部分。 但是在设计时必须全面考虑,妥善处理一些相互牵制的矛盾, 特别要抓住主要矛盾(稳定性、选择性、失真等 ,才能使得接收机有较好的指标。超外差 式接收机能够大大提高接收机的增益、灵敏度和选择性。关键词:超外差,调频,本振,混频目录一、选题意义 . 4二、总体方案 . 4 2.1设计目的 . 4 2.2设计思路 . 4 三、超

3、外差式接收机基本原理 . 5 图 1. 超外差式接收机基本原理框图 . 5 四、 主要技术指标 . 5 4.1.工作频率范围 . 5 4.2.灵敏度 . 6 4.3.选择性 . 6 4.4.频率特性 . 6 4.5.输出功率 . 6 五、各部分设计及原理分析 . 7 5.1高频放大电路 . 7 5.2混频电路 . 8 5.3本振电路 . 9 5.4中频放大电路 . 12 5.5鉴频电路 . 13 5.6低频放大电路 . 14六、参数选择 . 15七、 心得体会 . 16八、 参考文献 . 17一、选题意义超外差接收机即利用本地产生的振荡波与输入信号混频,将输入信号频率变换为某个 预先确定的频率

4、的方法。超外差原理最早是由 E.H. 阿姆斯特朗于 1918年提出的。这种方法 是为了适应远程通信对高频率、 弱信号接收的需要, 在外差原理的基础上发展而来的。 外差 方法是将输入信号频率变换为音频,而阿姆斯特朗提出的方法是将输入信号变换为超音频, 所以称之为超外差。 利用超外差原理制成超外差接收机, 这种接收方式的性能优于高频 (直 接放大式接收,应用于远程信号的接收,并可推广应用到测量技术等方面。二、总体方案2.1设计目的1掌握调频接收机整机各功能模块的基本工作原理。2培养学生掌握电路设计的基本思想和方法。3能够使用电路仿真软件进行电路调试。4培养学生分析问题、发现问题和解决问题的能力。2

5、.2设计思路采用方案:通信电子电路在生活中的应用十分广泛, 收信设备也有很广泛的应用。 在窄 带调频通信设备中, 为了获得良好的频道选择功能,使其具有灵敏度高、工作稳定、选择性 好及失真小、 噪声小等优点大都采用混频超外差接收方案。 调频接收机的各单元电路:输入 回路、高频放大、混频、中频放大、鉴频、及音频功放级。实现方法:其接收过程如下:从接收天线收到微弱的高频信号,经输入回路选频后,通 过高频放大器放大, 送到混频器与本机振荡器所产生的高频信号进行混频, 在其输出端中频 信号,最后经过鉴频器的鉴频得到音频放大信号,然后有音频功放还原成原来的语音信息。 这样就完成了收信机系统的工作过程。 系

6、统中接收机单元对调频信号进行解调, 恢复出原始 的音频信号。经过低频放大器还原出声音。三、超外差式接收机基本原理整个电路由六部分组成,分别为高频放大、混频、本振、中放、鉴频、低频放大。其基 本框图如下: 图 1. 超外差式接收机基本原理框图一般调频接收机的组成框图如图一所示。其工作原理是 :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

7、后鉴频器解调出低频调制信号,由低频功放级放大,驱动扬声器。 从天线接收到的高频信 号 f1,经过混频、滤波成为固定中频 f= f2 f1的接受机,称为超外差式接受机。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。四、主要技术指标4.1.工作频率范围接收机可以接受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。 在差外插的设计中, 本振频率高于输入频率。 用通州双联可变电容, 使输入回路电容 C1-2和本振的回路电容 C1-1同步变化, 从而使频率 差值始终保持

8、近似一致,其差值即为中频,即:如接受信号频率使:600kHz ,则本振频率使 1055kHz ;1000kHz ,则本振频率使 1455kHz ;1500kHz ,则本振频率使 1955kHz ;由于谐振回路谐振频率 , f 与 C 不成线性变化,因此必须有补偿电容对其特性机型修 正,以获得在收听范围内 f 与 C 近似成线性变化,保证 f 本振 -f 信号 =f中频为一固定中频信 号。 超外差使接受的调制信号变为统一的中频调制信号, 在做高频放大时, 就可以得到稳定 且倍数较高的放大,从而大大提高接收机的品质。调频接收机工作频率范围:5351065kHz ,中频频率:465kHz 。4.2.

9、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 530uV 。4.3.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应大于 50dB 。4.4.频率特性接收机的频率响应范围称为频率特性或通频带。调频机的通频带一般为 200KHz 。 4.5.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。 功率放大器的技术指标:1. 输出功率:Po2. 效率:3. 功率增益:A

10、p功率关系:直流功率:Pv=VccICo输出功率:Po= Icm1Ucm放大管功耗:PT=Pv-Po效率:= Po/Pv五、各部分设计及原理分析5.1高频放大电路高频放大器是用来放大高频信号的器件(在接收机中,高放所放大的对象是已调信号, 它除载频信号外还有边频分量 。根据高放的对象是载频信号这一情况,一般采用管子做放 大器件,而且并联谐振回路作为负载,让信号谐振在信号载频。这样做的好处是:1回路 谐振能抑制干扰; 2并联回路谐振时,其阻抗很大,从而可输出很大的信号。 图 2. 高频放大电路5.2混频电路混频是将高频放大信号和本振信号混合, 输出一个中频信号, 在调频电路中, 本振信 号必须是

11、独立的,这是与调幅电路最大的一个区别。混频电路是一种典型的频谱搬移电路, 可以用相乘器和带通滤波器来实现这种搬移。 混 频器是一个变频电路, 一般用相乘器, 高频放大电路和本地振荡电路的输出信号加到混频器 的输入端, 得到一个差频。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 带的调制信号。 经过混频, 输出载波的波形变得很稀疏其频率降低了, 但音频信号的形状没 有变。通常将这个过程 ( 混濒和本振的作用 叫做变频。混频电路的原理是:把本机振荡产生的高频等幅振荡信号 f1,与输入回路选择出来的 广播电台的高频已调波信号 f2同时加到非线性元件的输入端。利用元件的非线性作用(晶 体

12、管的非线性作用 进行混频。 混频结果:输出频率为 f1、 f2以及频率为 f1+f2、 f1-f2、 高次谐波等多种信号。 从频谱观点上来看, 混频的作用就是将已调波的频谱不失真的从c f 的位置上, 因此, 混频电路是一种典型的频谱搬移电路, 可用相乘器和带通滤波器来实现这种 搬移。如图 3所示 :图 3. 频谱电路在本次设计中我们采用二极管环型混频器,二极管环型混频器的优点是工作频带 宽,可达到几千兆赫,噪声系数低,混频失真小,动态范围等,但其主要缺点就是没有混频 增益。 由于混频器处于接收机的前端, 它的噪声电平高低对整机有较大的影响, 因此要求混 频器的噪声系数越小越好。 由于混频依靠

13、非线性特性来完成, 因此在混频过程中会产生各种非线性干扰, 如组合频率, 交叉调制, 互相调制等干扰。 这些干扰将会严重的影响通信质量, 因此要求混频电路对此应能有效的抑制。 图 4. 二极管环型混频电路上图是二极管混频电路的原理图, 图中 Us 、 RS1为输入信号源, UL 、 RS2为本振信号源, RL 为中频信号的负载。为了保证二极管工作在开关状态,本振信号 UL 的功率必须足够大, 而输入信号 US 功率必须远小于本振功率。实际二极管环型混频器组件各端口都必须接入滤 波匹配网络,分别实现混频器与输入信号源本振信号源、输出负载之间的阻抗匹配。5.3本振电路本振电路用 LC 谐振回路来产

14、生一个稳定的本地振荡频率, 将这个稳定的谐振频率与高 频放大输出信号混频, 得到一个中在本次设计中, 采用改进型电容三点式振荡电路。 因为本 振电路的输出频率要与高频放大电路的输出信号进行混频, 得到一个中频信号。 所以要求本 振电路的输出频率必须很稳定, 所以采用了改进型电容三点式。 如果本振电路的输出不稳定, 将引起变频器输出信号的大小改变, 振荡频率的漂移将使中频改变。 振荡器的振幅与振荡管 的特性以及反馈电路的特性有关, 当温度及其它管子与反馈电路的特性改变时, 振幅也就会 改变。 为了稳定振幅, 可在各波段振荡器的反馈线圈上并联不同的电阻以平滑电抗元件的频 率特性,还可用自动增益控制

15、稳定振幅。本次设计的电容改进型电路图如下所示 : 图 5. 电容反馈改进振荡电路图 6. 等效电路 图 7. 仿真电路上面第一个图是一个电容反馈改进振荡器电路, 其交流等效电路电路如上面第二个图所 示。等效电路中 C 为由等效电路知此电路中是基极接地, CE 之间为 C1, BE 之间为 C2, CB 之间为 L 与 C 串 联的等效电抗;在振荡频率处,选择,即 L 与 C 串联后等效为一个电感 e L ,因此此电路是电容反馈振荡器。因为振频等于谐振频率 0w ,0w 决定于式中 由上式可得若选择 C1>>C, C2>> C,则 f0与 C1及 C2近似无关,这样,与

16、C1,C2并联的分布电容 如 C11及 C22对频率的影响很小了,频率稳定得以提高。由课题的技术指标可知: 可先确定 L 的参数:L=7.5uH,由此可知在保证稳定振荡的条件下,可先设定 ,由此可求得,用电压表测出反馈电容两端的电压 ,负载的电压是 当回路谐振时 ,所以有:43545C C C C C C =+0000011, e w L w L w L w C w C>-=001w L w C =121C C C C=+0f =对于提高振荡电路的稳定度有以下几种方法:(1提高回路的 Q 值。 Q 值高,可使频率稳定。回路 Q 值主要由电感的 Q 值决定,故 要提高电感的 Q值。为此应尽

17、量减小损耗而加大特性电阻 =的提高有 一定限制, L 太大时,损耗也大,而且 C 太小时并联在回路中的杂散电容可与 C 相比拟,杂散电容将显著影响频率的稳定。为了减小线圈的损耗,可用高频损耗小的线圈固架。(2减小负载的影响。减小振荡回路和负载间的耦合程度可减弱负载的影响,不过这 时传送到负载上的振荡信号也小了, 故振荡要求更强。 在振荡器和负载之间加一级射极输出 器可改善负载对振荡器的影响, 因射极输出器之输入阻抗较高, 隔离作用较好, 同时不增加 振荡功率的要求。5.4中频放大电路如果外来信号和本机振荡相差不是预定的中频, 就不可能进入放大电路。 因此在接收一 个需要的信号时, 混进来的干扰

18、电波首先就在变频电路被剔除掉, 加之中频放大电路是一个 调谐好了的带有滤波性质的电路, 所以接收机的选择性指标很高。 超外差式接收机能够大大 提高收音机的增益、 灵敏度和选择性。 因为不管电台信号频率如何都变成为中频信号, 然后 都能进入中频放大级, 所以对不同频率电台都能够进行均匀地放大。 中放的级数可以根据要 求增加或减少, 更容易在稳定条件下获得高增益和窄带频响特性。 此外, 由于中频是恒定的, 所以不必每级都加入可变电容器选择电台, 避免使用多联同轴可变电容器, 而只需在调谐回 路和本振回路用一只双连可变电容器就可完成接收。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,

19、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。对于 高放,因工作频率f 高,通频带0/L B f Q =宽,故高放回路的 Q 值越高越好,这时不必顾虑 B 太窄的问题;但对于中放, 由于工作频率较低,若回路 Q 值过高, 频带可能太窄而不能 通过全部信号分量, 故希望他在要求的通频带条件下选择性越高越好, 也就是要求谐振曲线 接近矩形。 实际谐振曲线很难做到理想矩形, 为了衡量实际谐振曲线接近矩形的程度, 引入 矩形系数,式中0.707

20、2f 为通频带。矩形系数 k :本次设计的中频放大电路如图所示:0.10.70722r f k f = 图 8. 中频放大电路信号从变频器输出,通过变压器 B10加到第一级中放 BG4. BG4为双回路放大器, B11的初级和 C38构成初级回路。 B11的次级和 B12的初级构成次级回路的电感, 而电容是 C40。 两者组成电感耦合对称双回路。 BG4集电极以自耦变压器方式接到初级回路, BG5的输入电 阻通过变压器 B12变换为大一些的输入电阻后和 B12的初级并联。 因 B11的次级线圈数 N45只有一圈,而可忽略。 R22及 C34是自动增益控制滤波器。 BG4既通过 R15加有固定偏

21、压, 有通过 R22加有自动增益控制电压,此外,射极还有偏压。第二级中放 BG4. 单回路中放, 与检波器以变压器 B13耦合。其余元件作用和 BG4的相同。 R16用的较大,使接收小信号的 自动增益控制作用启动的晚一些, 以提高小信号的灵敏度。 BG5的工作电流较大, 约 1.6-2mA , 以获得较大的增益和动态范围。5.5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。 普通 鉴频器的线性范围较宽, 调整较易; 但由0cos ( cm L r U I R X =可以看到, U=正比于前级集电极电流的基波幅度 Icm1,鉴频前若无限幅器,则 Icm1不为常

22、数,于是 U=将随 Icm1即 接收信号的大小改变, 而不能去掉寄生调幅的影响。 故用普通鉴频器时, 前面必须使用限幅 器。 但限幅器要求较大的输入信号, 这导致限幅前高频级数的增加哦。 比例鉴频器可改正这 一缺点,它能同时完成限幅及鉴频的任务,其输入信号不必太大。比例鉴频器的 U=为普通 鉴频器的一半。 但因比例鉴频器有限幅作用, 其输入信号即鉴频器输入端初级回路电压约只 有 0.1V 即可工作。所以在本次设计中采用了比例鉴频器,其单元电路图如下所示: 图 9. 鉴频电路图中 C1是高频滤波电容, R 及 C 是减重网路,它用来提高抗干扰性。其作用原理是:在发射机中用加重网络加重高音,接收时

23、用减重网络削弱高音,于是不存在高音频率失真。 这样一来, 减重网路把高音端的干扰削弱了, 故接收机的信噪比得以提高; 或者说,减重网 络压缩了通频带,减小了噪声。图中电容 C 上的输出电压在高音时因 C 的电抗减小而下降。5.6低频放大电路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。 因为本次设计是音频信号, 所以采用运算 放大器效果比较好。高频电路很容易受到干扰,所以对信号的要求比较高,在中频放大器电路的输出端, 如果直接接鉴频器, 很可能得到很多不需要的波形, 用滤波器很难滤除, 所以在鉴频器的输 入端加一级限幅

24、器,去除不需要的波,使输出更为纯净。检波滤波后的音频信号由电位器 RP 送到前置低放管 VT4, 经过低放可将音频信号电压 放大几十到几百倍, 但是音频信号经过放大后带负载能力还很差, 不能直接推动扬声器工作, 还需进行功率放大。旋转电位器 RP 可以改变 VT4的基极对地的信号电压的大小,可达到控 制音量的目的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, 如果是音频 信号,可以外加一个喇叭。单元电路如图所示: 图 10. 低频放大电路六、参数选择选择振幅检波二极管。 选定回路电容。 求回路电感 选定01Q 及 02Q ,求 1L Q 及 2L Q验算 max r X

25、:在比例鉴频中, 0.51=-,故求负载电阻12, R Rk 求1213, M M , 因为 K 可按下式求出:故 = 12C C C =12201L L L C =101022(0.50.6 34L L Q QQQ =-=-'max20.51L m r Q f X f =-12020211( 23R R R Q L =-' Lk Q =13M 2U =12212M kL= 求U 调试 * 4 p32 + (2 + 2 p3 X r 2 2 4 p32 (2 + 2 p3 X r 2 2 它具有灵敏度高、工作稳定、选择性好及失真度小等优点。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