CD4011设计简易的收音机

第13页共13页成绩成绩信息工程学院本科生课程设计报告课程名称：电子综合设计设计题目：CD4011制作简易收音机设计系别：计算机与电子工程系专业(方向)：电子信息工程年级、班：学生姓名：学号：指导教师：2015年12月20日目录一、【设计目的】 2二、【指标要求】 3三、【设计的原理】 31、系统模块框图 32、电路工作原理分析 43、各模块工作原理的分析与介绍 5(1)调谐回路模块 5(2)高频放大和倍压检波模块 6(3)低频放大模块 7(4)电源放大模块 7四、【仿真与仿真结果分析】 8五、【元器件清单】 12六、【总结及改进思路】 121、总结 122、改进思路 13CD4011制作简易收音机设计一、【设计目的】1、知道电子元器件的名称并了解他们的特性；2、学习并掌握简单的电子线路；3、学习并了解收音机的工作原理；4、根据电路以及所了解的收音机工作原理掌握其调试方法；二、【指标要求】1、通过改变电感和电容的大小来接收中段550kHz到1600kHz内的简易收音机。2、收音机音频输出基本达到人耳能够听出的程度。三、【设计的原理】1、系统模块框图调谐回路调谐回路高频放大倍压检波低频放大电源放大图1系统结构设计框图收音机的基本工作原理可以简单归纳为：第一步要接收到相应频率的无线电波，第二步是从无线电波上取出调制在其上的声音信息，第三步为把声音信息还原成人耳能听到的声音。如图1所示，简易的收音机的系统由五大模块组成。调电台信号有调谐回路选择接收后，接收到的无线电信号是非常微弱的，再通过调谐电路后，还需要经过高频放大电路进行高频放大到一定幅度后，才能送往二极管和滤波电容构成的倍压检波电路进行检波，将调幅信号包络解调下来，得到调制前面的音频信号，将音频信号进行低频放大，声音信息此时还是一种幅度很低的电信号，我们人耳是听不到的，在经过晶体管电流放大后，送到扬声器，还原成可闻得声波信号。根据上述基本工作原理用芯片CD4011设计出了如图2所示的简易收音机的工作原理电路图。图2电路原理图2、电路工作原理分析电路图如图2所示，通常情况下，这类与非门电路都作在开、关两种状态，即输出高电平和低电平上。事实上，在高低电平的转换过程中，存在一个过渡区，过渡区的中间部分基本上呈线性状态。因此，可以利用反馈电路选择适当的工作状态，使得各与非门都处于放大状态。电路及工作原理如图2所示，分别将每个与非门的输入端并接在一起作反相器用，转换高低电平。L1，C1为接收谐振回路，R1为直流反馈电阻，C2为交流旁路作用，接收到信号经U1A高频放大后，通过C3耦合，送到由D1、D2、R2、C4构成的倍压检波电路进行检波，再经门U1B、U1C、U1D进一步放大后送到耳机输出。途中的C1可选单串可变电容，线圈L可在50MM的磁棒上绕80~100T，耳机应该选用高阻耳机，也可增加一级集成音频放大电路如LM386，或用三极管作阻抗变换，通过增加和减少磁棒上线圈的匝数，以保证收音机处于合适的频率接收范围之内。注意：(1)CD4011:4-2输入端与非门数字集成电路。(2)可变电容选用型号为CBM-233P，电容量在5~141p之间变化。电感线圈L用直径0.18mm的漆包线5*3*55mm的磁棒上绕100匝。三极管用9012.电源用4节5号电池。耳机用32欧姆的立体声耳机。3、各模块工作原理的分析与介绍(1)调谐回路模块图3调谐回路电路图如图3所示，线圈L1和电容VC1构成调谐回路，从天线接收到许多广播电台的高频信号，通过调谐回路选出其中所需要的电台信号。简单的说就是调整谐振回路频率，通过改变电感、电容来实现频率的改变。图3调谐回路电路图(2)高频放大和倍压检波模块图4高频放大和倍压检波电路图图4高频放大和倍压检波电路图图4高频放大检波电路图图4高频放大检波电路图如图4所示，有与非门CD4011进行高频放大，然后又二极管D1、D2及电容C3、电阻R2等组成的倍压检波电路进行检波。当信号电压正半周时，信号电压进过D1对C3进行充电，C3上的电压为左正右负。当信号电压为负半周时，信号电压与C3串联后流经二极管D2和电阻R2，检波负载电阻R2上即可得到约2倍于信号电压的输出电压，电容C4的作用是滤除检波输出信号中的高频成分，得到音频信号。(3)低频放大模块图5低频放大电路图图5低频放大电路图图5低频放大电路图图5低频放大电路图图5低频放大电路图图5低频放大电路图如图5所示中，CMOS模拟放大电路给CMOS门电路加上适当的偏置电压，可以使其工作于线性放大状态。在与非门CD4011的输出端与输入端之间并接一个反馈电阻R4，将非门的工作点偏置于转移特性曲线的中间，，即构成了一个线性模拟放大器，放大倍数等于反馈电阻R4与输入电阻R3之比。(4)电源放大模块如图6所示，由于CMOS电路输出电流很小，为使收音机有足够的音量，电路中由晶体管VT构一级电流放大器，R5是晶体管VT的偏置电阻。电流放大模块实质上是一个射极跟随器，可将CMOS电路的输出电流放大。图6电流放大电路图图6电流放大电路图四、【仿真与仿真结果分析】图7图7整体电路仿真图如图7所示为整体电路仿真图，仿真后听见扬声器发出嗡嗡的声音，按照原理改变电感的大小能收到中波段535kHz到1065kHz内的电台，但经过调整始终没有接受到有效频段内的声音。因此对设计模块进行仿真测试。低频放大仿真如图8所示，左侧接入一个交流信号源，并在放大电路的另一端接上示波器，从图9上可以看出输入信号（第一个波形）经过放大电路后幅度明显放大（第四个波形）。图8低频放大检测仿真图8低频放大检测仿真图9低频放大仿真波形图图9低频放大仿真波形图电源放大仿真如图10所示，在左侧接入一个交流信号源，并在放大电路的另一端接上示波器，从图11上可以看出输入信号（第一个波形）与输出信号（第四个波形）之间的差距。图10电源放大电路仿真图图10电源放大电路仿真图图11电源放大前图11电源放大前仿真波形图高频放大仿真仿真电路图如图12所示，在左侧接入一个交流信号源，再给电路两端接入两个示波器，图13所示信号经过放大电路放大后波形如图14所示。可以看出信号经过放大后幅度明显增大。图12高频放大仿真电路图图12高频放大仿真电路图图13高频放大前仿真波形图图13高频放大前仿真波形图图14高频放大后仿真波形图图14高频放大后仿真波形图表1元器件清单列表五、【元器件清单】表1元器件清单列表与非门4011U1:A~U1:B瓷片电容0.05uC4电阻2MR1瓷片电容4.7uFC5电阻47KR2瓷片电容20uFC6电阻10KR3瓷片电容0.05uFC3电阻2MR4可变电容5p~141pCBM_233P电阻27KR5二极管2A9PD1、D2瓷片电容0.05uFC3开关Sw-spst-mom电感1.2nHL1扬声器LS1六、【总结及改进思路】1、总结通过CD4011芯片制作简易收音机的设计，了解了收音机的工作原理，真正的理解了调制与解调的过程，也了解了CD4011芯片的引脚的功能和使用方法。同时了解了仿真软件Proteus的使用方法。并且认识到细心的重要性，在画仿真图是有一根线没有连接到位，导致无法做出仿真结果，后来检查了好多遍才找出原因。2、改进思路在仿真时电路图中的电路元件CD4011在Proteus中是找不到的，所以用了与非门4011代替，由于CD4011是一个包含4个与非门的CMOS电路，每个与非门有两个输入端一个输出端。当两个输入端有一个输入为0，输出就为0。只有当输入均为1时，输出才为1。当两个输入端都为0时，输出是1。所以CD4011就用图中的4011代替了。简易收音机从接收天线得到的高频天线