第四章超外差收音机原理

1、第四章第四章 超外差式收音机原理超外差式收音机原理第一节第一节 电磁波电磁波 声波是由辐射震动产生的疏密波。人们说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，并也话时，声带的振动引起周围空气共振，并也340米米/秒的速度向四周传播，称为声波。声波频率秒的速度向四周传播，称为声波。声波频率在人耳能听到的在人耳能听到的20Hz-20KHz之间，如果要进行之间，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。必须依

2、靠载体来完成，这个载体就是电磁波。 电磁波是电磁振荡电路产生的，通过天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、括无线电波，还包括光、X射线、射线、射线等。射线等。电磁波的传送速度为光速（电磁波的传送速度为光速（3108米米/秒）。秒）。当无线电波在地球表面传送时，其延时效应微当无线电波在地球表面传送时，其延时效应微乎其微。因此，选择电磁波作为载体是非常理乎其微。因此，选择电磁波作为载体是非常理想的想的。电磁波电磁波 广播节目的发送是在广播电台通过电磁波进行的。广播节目的发送是在广播电台通过电磁波进行

3、的。节目的声波，经过电声器件转换成电信号，并由声频放节目的声波，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的信号，检波器将高频信号还原成声频信号(即解调即解调)，声频信号再经过放大获得

4、足够的推动功率，最后经过电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。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。制两种调制方式。一、无线电频谱一、无线电频谱 通常无线电所指的是从极低频通常无线电所指的是从极低频10KHz到极到极超高频的顶点超高频的顶点30GHz，超出这个范围的无线电，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、可频谱的特性就有很大的不同，比如红外线、可见光、

5、紫外线、见光、紫外线、X射线等。而射线等。而10KHz到到30GHz的的频谱可以划分为七个区域，具体如下：频谱可以划分为七个区域，具体如下：极低频低频中频高频极高频超高频极超高频10KHz30KHz300KHz3MHz30MHz300MHz3GHz30GHz 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

6、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，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4

7、00-410MHz，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、振幅调制二、振幅调制，简称调幅，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

8、波传送信号。 1、长波（LW:Long Wave） （频率：150kHz415kHz） 2、中波（MW:Medium Wave） （频率：535kHz1605kHz） 3、短波（SW:Short Wave） （频率：1.5MHz26.1MHz） 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，简称调频三、频率调制，简称调频 调频制无线电广播多用超短波调频制无线电广播多用超短波(甚高频甚高频)无线无线电波传送信号，使用频率约为电波传送信号，使用频率约为87MHz-108M

9、Hz，主要靠空间波传送信号。主要靠空间波传送信号。 目前，地面的广播电视分做目前，地面的广播电视分做VHF(甚高频或甚高频或称米波称米波)和和UHF(特高频或称分米波特高频或称分米波)两个频段。两个频段。在我国，在我国，VHF频段电视使用的频率范围是频段电视使用的频率范围是48.5MHz-300MHz，划分成，划分成1-12频道，频道，UHF频频段使用的频率范围是段使用的频率范围是470MHz-956MHz，划分成：，划分成：3-68频道。它们基本上都是靠空间波传播的。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国际上规定的卫星广播电视有6个频段，主要频个频段，主要频段是段是

10、12kMHz，也是靠空间波传播。，也是靠空间波传播。三、频率调制，简称调频三、频率调制，简称调频 调频（调频（FM）广播频率是在）广播频率是在VHF波段中划波段中划分出的一段，规定专门用于广播。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动，使得收音机不仅能覆盖87108MHz波段，波段，还能达到更低频率或更高频率，这样就能接收还能达到更低频率或更高频率，这样就能接收到电视伴音。到电视伴音。四、调幅和调频的优缺点四、调幅和调频的优缺

11、点 调幅（调幅（AM） 调频（调频（FM） 优 点 传播距离远，覆盖面大传播距离远，覆盖面大电路相对简单电路相对简单 1.传送音频频带较宽（传送音频频带较宽（100Hz5000Hz） 适宜于高保真音乐广播适宜于高保真音乐广播2.抗干扰性强，内设限幅器除去幅抗干扰性强，内设限幅器除去幅度干扰度干扰3.应用范围广，用于多种信息传递应用范围广，用于多种信息传递4.可实现立体声广播可实现立体声广播 缺点1. 传送音频频带窄传送音频频带窄 （200Hz2500Hz），），高音缺乏高音缺乏 2.传播中易受干扰，噪传播中易受干扰，噪声大声大 1.传播衰减大，覆盖范围小传播衰减大，覆盖范围小第二节第二节 调制

12、调制 将音频信号加载在高频载波信号（通常用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。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（调制。根据调制方式不同，分成调幅（AM）和调频（和调频（FM）。）。一、调幅（一、调幅（AM） 所谓调幅，就是使载波的振幅随着调制信所谓调幅，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。

13、经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，因此调制过程也就是波形和频来的载波不同，因此调制过程也就是波形和频谱的变换过程。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的周期相同，而振幅的变化与调制信号的振幅成正比。成正比。一、调幅（一、调幅（AM） 设调制信号为设调制信号为 U(t)=Umcost 载波信号为载波信号为 UC(t)=Uc

14、mcosct 调幅波的表示为调幅波的表示为: 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波振幅的包络变化规律与调制信号的变化规律一致。规律一致。 二、调频（二、调频（FM） 使载波频率按照调制信号幅值的改变而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，变化的变化的大小由调制信号的大小决定，变化的周期由调制信号的频率

15、决定。已调波的振幅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，调频波用英文字母得不均匀的弹簧，调频波用英文字母FM表示表示 调频：使载波频率按照调制信号幅值的改变而改调频：使载波频率按照调制信号幅值的改变而改变的调制方式变的调制方式 设调制信号为设调制信号为 U（t）= Umcost 载波信号为载波信号为 UC（t）= UCmcosCt 调频时，载波电压振幅度调频时，载波电压振幅度Ucm不变，而载波瞬时不变，而载波瞬时间频率则随调间频率则随调 制信号规律变化，即为制信号规律变化，即为 (t)=c+KfU(t)

16、=c+(t) 调频波的表示式为调频波的表示式为： 调制信号幅度最大时，调频波最密，频率最大；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，频而当调制信号负的绝对值最大时，调频波最稀疏，频率最低。率最低。 )(cos0dttUKtUtUtfcFM 调频波的波形，就像是个被压缩得不均匀调频波的波形，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，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，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。调频波最稀疏，频率最低。第三节第三节 超外差收音机原理超外

17、差收音机原理一、最简收音机一、最简收音机 LC谐振回路是收音机输入回路，改变电容谐振回路是收音机输入回路，改变电容C使谐振回路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，谐振回路两端电压回路两端电压VAB最大，将该电波接收下来。经高频放大电最大，将该电波接收下来。经高频放大电路放大后，通过由二极管路放大后，通过由二极管D和滤波电容和滤波电容C1构成的检波电路，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

18、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。信号。 最简最简AM收音机（也称高放式收音机）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。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较窄频率范围的放大，要想在整个中波频段535kHZ1605kHZ获得一致放大是很困难的。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。因此用超外差接收方式来代替高放式收音机。最简收音机的缺点：最简收音机的缺点：二、超外差

19、式收音机原理二、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幅中频国际上统一为465KHz或或455KHz）调制）调制波。波。 超外差的实质就是将调制波不同频率的载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中频载波。在广波，变成固定的且频率较低的中频载波。在广播、电视、通讯

20、领域，超外差接收方式被广泛播、电视、通讯领域，超外差接收方式被广泛采用。采用。 在超外差的设计中，本振频率高于输入频在超外差的设计中，本振频率高于输入频率。用同轴双联可变电容器，使输入回路电容率。用同轴双联可变电容器，使输入回路电容C C1 1和本振回路电容和本振回路电容C C2 2同步变化，从而使频率差同步变化，从而使频率差值始终保持近似一致，其差值即为中频，值始终保持近似一致，其差值即为中频， 如接收信号频率是：如接收信号频率是：600kHz600kHz， 则本振频率是则本振频率是1055kHz1055kHz； 如接收信号频率是：如接收信号频率是：1000kHz1000kHz， 则本振频率

21、是则本振频率是1455kHz1455kHz；超外差式收音机的优点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稳定且倍数较高的放大，从而大大提高收音机的品质。的品质。 比较起来，超外差式收音机具有以下优点：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（不同载波频率）的灵敏、接收高低端电台（不同载波频率）的灵敏度一致；度一致； 2、灵敏度高；、灵敏度高； 3、选择性好（不易串台）。、选择性好（不易串台）。 4、整个接

22、收频段范围，输出信号比较平稳。、整个接收频段范围，输出信号比较平稳。第四节第四节 收音机工作原理收音机工作原理一、调幅一、调幅(AM)工作原理工作原理 调幅收音机由输入回路、本振回路、混频电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（路、检波电路、自动增益控制电路（AGC）及音）及音频功率放大电路组成，如频功率放大电路组成，如下下图所示。图所示。一、调幅一、调幅(AM)工作原理工作原理 输入回路由天线线圈和可变电容构成，本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。

23、混频信号经内部混频器，与输入信号相混合。混频信号经中周和经中周和455kHz陶瓷滤波器构成的中频选择回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路得到中频信号。至此，电台的信号就变成了以中频以中频455kHz为载波的调幅波。为载波的调幅波。 中频信号进行中频放大，再经过检波得到中频信号进行中频放大，再经过检波得到音频信号，经功率放大输出，耦合到扬声器，音频信号，经功率放大输出，耦合到扬声器，还原为声音。其中，中放电路增益受还原为声音。其中，中放电路增益受AGC自动自动控制增益控制，以保持在电台信号不同时，自控制增益控制，以保持在电台信号不同时，自动调节增益，获得一致的收

24、听效果。动调节增益，获得一致的收听效果。二、调频（二、调频（FM）工作原理）工作原理 调频（调频（FM）收音机由输入回路、高放回路、）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。如频功率放大器组成。如下下图所示。图所示。 调调频的接收天线以耳机的地线替代，也可直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接插上配给的天线ANT，二者工作原理相同。调，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频广播的高频信号输入回路直接经电容C、L组成组成的的LC振荡回路，实际上构成一带通滤波器，其通振荡回路，实际上构成一带通滤波器，其通频带为频带为88MHz108MH