通信系统课程设计报告调频接收机

..>课程设计报告课程名称：通信系统课程设计摘要本次课程设计，其目的是得到一个简易的调频接收机。所谓调频接收机，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，然后再进展放大和检波。这个固定的频率，是由差频的作用产生的。在调频接收机的设计过程中，应将其分为选频网络、高频放大、变频、解调、低放和低频功放六个局部。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。接收机能够大大提高接收机的增益、灵敏度和选择性。提高了动手能力，稳固已学的理论知识，能建立无线电调频接收机的整机概念，了解调频接收机整机各单元电路之间的关系及相互影响，从而能正确设计、计算调频接收机的单各元电路。关键词：调频;混频;鉴频目录TOC\o"1-2"\h\u79421设计任务1217001.1调频接收机的主要技术指标 172291.2设计思路 2127742调频接收机系统原理分析 3312632.1调频原理 3312632.2调频接收机原理 4312633设计内容 5239493.1高频小信号放大电路 5143083.1.1工作原理 5143083.1.2高频小信号放大电路图及仿真图 5143083.2本地振荡回路 7143083.2.1工作原理 7143083.2.2本地振荡电路图及仿真图 7123253.3混频电路 8143083.3.1工作原理 8143083.3.2一次混频原理图及仿真图 9128033.4二次混频 10143083.4.1原理图及仿真图 1011064——双失谐回路 11110643.5.1工作原理 11110643.5.2鉴频电路图及仿真图 12110643.6低频放大电路 134390完毕语 1431263参考文献 1531263附录 16..>1设计任务调频接收机经历了电子管、晶体管、中小规模集成电路和大规模集成电路四个阶段，他们的原理框图大同小异。对于超外差接收机，由接收天线、高频带通滤波器、高频放大器、本振、混频、陶瓷滤波器、包络检波器、低放及功放还有声器等组成。接收机可以承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。如调频播送收音机的频率范围为88～108MH，是因为调频播送收音机的工作范围也为88～108MHz。在标准调制〔如调制频率f=1kHz、频偏△fm=5kHz或25kHz、50kHz、75kHz〕条件下，使接收机输出端为额定音频功率和规定信噪比的输入信号电平，称为灵敏度。承受的输入信号电平越小，灵敏度越高。调频播送收音机的灵敏度为50µV。接收机6dB带宽和带外的抑制能力称为中额选择性，一般调频收音机的中频6dB带宽为±100kHz,±200kHz处的带宽抑制能力应大于40dB，手机中频6dB带宽为±5kHz，±10kHz处的带宽抑制能力应大于40dB。接收机对输入信号为本机中频信号fi的抑制能力称为中频抑〔IFR〕IFR=20㏒(VIF/VS)，式中VS是输入灵敏度电平，VIF是使输出功率为额定值的输入中频信号电平，单位用dB〔分贝〕表示dB数越高，中频抑制能力越强。频率fj比本振频频率高一个中频fi，它与本振频率fo之差仍等于中频fI，fj=fo+fi=fs+2fi，fs是接收机工作频率。5．音频响应接收机在标准调制〔如调制频率fΩ=1kHz、频偏△fm=5kHz或25kHz、50kHz、75kHz〕和标准输入信号电平〔如灵敏度或两倍灵敏度〕下音频输出电平和调制频率的输出关系，称音频响应。6．额定输出功率接收机的负载上获得的规定的〔由接收机指标规定〕不失真〔或非线性系统为给定值时〕功率，称额定输出功率。本次设计的根本要求是：工作频率；输出功率；3、灵敏度为。1.2设计思路根据此次课程设计的要求，我设计的是一个简易的调频接收机。整个电路由五局部组成，分别为高频放大、混频、本振、鉴频和低频放大。其中中频局部由二次混频得到。〔1〕高频放大：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〔假设有边频分量，便要设计回路的通频带能通过边频，使已调信号不失真〕。这样做的好处是：a.回路谐振能抑制干扰；b.并联回路谐振时，其阻抗很大，从而可输出很大的信号。〔2〕本振：本振电路用LC谐振回路来产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，得到一个中频信号。〔3〕混频：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。〔4〕鉴频：在本次设计中采用的是斜率鉴频器。〔5〕低放：一般从鉴频器输出的信号都比拟小，为了得到我们所需的信号，必须将输出信号进展放大。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拟好。2调频接收机系统原理分析2.1调频原理调频〔FM〕就是用高频载波信号的频率来装载音频信号，即用音频信号〔调制信号〕来调制高频载波信号的频率，从而使原为等幅恒频的高频载波信号的频率随着调制信号的幅度而变化，但其幅值不变〔如图1所示〕。频率被音频信号调制过的高频信号叫已调频信号，简称调频信号。调幅信号和调频信号统称为已调制信号，或简称为已调信号。图1调频波天线承受到的高频信号，经过输入调谐回路选频为f1，再经高频放大器放大，进入混频器；本机振荡器输出的另一高频信号f2亦进入混频器，则混频器的输出为含有f1、f2、(f1＋f2)、(f2-f1)等频率分量的信号。混频器的输出接有选频回路，选出中频信号(f2-f1)，再经中频放器放大，获得足够高的增益，然后经过鉴频器解调出低频调制信号，再由低频功放级放大，驱动扬声器。从天线承受到的高频信号经过混频初成为固定的中频f2-f1，故成为超外差式接收机。这种接收机的灵敏度较高，选择性较好，性能也比拟稳定。图2为本次设计的调频接收机的根本原理框。图2调频接收机根本原理框图3设计内容3.1高频小信号放大电路高频放大器是用来放大高频信号的器件，高频放大器与低频相比拟，它的工作频率高，但整个工作频带宽度比拟窄。在接收机中，高频放大器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，一般采用晶体管做放大器件，而且用并联谐振回路作为负载，让信号谐振在信号载频。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。允许把晶体管看成线性元件，可以看成有源线性四端网络。对高放的主要要求是:(1)工作稳定：放大器可能会产生正反响，它影响放大器的稳定工作，严重时，会引起振荡，使放大器变成振荡器，从而完全破坏了放大器的正常工作。因此，在正常工作中要保证放大器远离振荡状态而稳定的工作。〔2〕选择性好，有一定的通频带。〔3〕失真小，增益高，并且工作频率变化时增益变动不应过大，工作频率越高，晶体管的放大能力越小，增益越低。增益变化太大时，则灵敏度相差将很悬殊。〔4〕噪声系数小，尽量减小本级的内部噪声。图3高频放大电路R4、R5为三极管Q1的偏置电阻，以使其工作在放大区。VCC=12V，V(BR)>=VCC,输出电压:输出功率：电容C1起隔直耦合作用，C3起隔直作用，Q2、Q3两三极管构成乙类功率放大器，R7、R8的值都取1.0欧，负载R9为8.2欧，最终由R9输出功率。由仿真结果得，放大器将电压幅值放大20倍左右。图4高频放大电路仿真图本振电路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展混频，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。所以采用石英晶体振荡器。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响电路的特性有关。图5本振荡回路电路回路谐振电容:由以上可知谐振频率:对于提高振荡电路的稳定度有以下几种方法：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。为此应尽量减小损耗而加大特性电阻。不过，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散电容可与C相比拟，杂散电容将显著影响频率的稳定。〔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。图6本地振荡仿真图3.3混频电路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。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7所示:图7频谱电路混频电路的原理是：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播送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〔晶体管的非线性作用〕进展混频。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。在本次设计中我们采用晶体三极管混频器，晶体三极管环型混频器的优点是工作频带宽，可到达几千兆赫，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，它的噪声电平上下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。图8晶体管混频电路图9晶体管混频电路仿真图3.4二次混频二次混频原理与一次混频一样，我们将二次混频本振频率改为6.9MHz，输入的是一次混频输出的频率6.45MHz，所以经混频电路得到的频率应为450KHz的调制信号。图10二次混频电路图11二次混频仿真波形——双失谐回路调频信号的的解调称为频率检波，也称鉴频，其作用是把包含在调频信号频率中的原调制信号检出。调频波经两个失谐回路转换为两个调幅-调频波，再经各自的包络检波器，得到两反相的输出信号，然后合成得到总的输出信号。图12斜率鉴频器电路图13斜率鉴频器仿真波形3.6低频放大电路从检波器解调出的输出信号一般很小，所以在输出极一般采用低频功率放大电路，把信号放大到所需要的大信号，然后再输出。电路如图14所示：图14低频放大电路图15低频放大仿真波形电压增益Av根据虚短和虚断的概念:由图可知:由此可得增益：完毕语通过这次对调频接收机的设计与制作，让我了解了设计电路的过程，也让我了解了关于调频接收机的原理与设计理念。实际接线中有着各种各样的条件制约，不可能与理想情况完全一致，。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合