通信电路虚拟仿真实验 课件 第4章 通信电路课程设计

第4章通信电路课程设计4.1通信电路课程设计的一般方法4.2课程设计举例——调频接收机的设计

4.1通信电路课程设计的一般方法

通常所说的通信电路课程设计，一般包括课题调研与选题、方案论证与设计、原理电路仿真与改进、实际电路组装与调试、作品验收与研讨以及报告写作与评阅六个基本环节。

1.课题调研与选题

对于选题，可在提出的一些参考题目的基础上，做一些调研，使选题具有创新性和实用性，也可以根据自己的需要及兴趣，以社会生活实际的需要为出发点，选出合适的题目。认真填写课程设计任务书，明确课程设计的目的、任务及日程安排，加强小组成员相互之间的沟通和交流，明确自己的责任和位置，分工合作，共同完成设计任务。

2.方案论证与设计

在查找文献、阅读资料的基础上，设计出各种方案，并从中选择一种最佳方案。这一阶段，学生要建立系统设计的概念，研究如何制订总体方案、如何确定和分配指标、如何使单元电路设计满足系统性能的要求以及各单元电路之间如何匹配等一系列系统设计所需解决的问题，初步掌握电路系统设计的方法。要求学生从工程的角度来设计、制作电路，在设计过程中不但要了解电子电路及常用电子元器件的工程技术规范，如类型、规格、型号、性能等，而且要掌握合理选用电子元器件的原则，学会从设计电路的性能指标、生产成本以及实现性等方面来考虑选择合适的元器件。

3.原理电路仿真与改进

关于实际电路的设计可行与否，选择的参数是否合理，首先需要利用计算机软件比如Multisim、PSpice等进行仿真调试。

利用EDA(电子设计自动化)仿真分析平台，借助虚拟实验仪器进行参数测试和特性模拟，对其中不合理的环节进行改进，使设计的系统更加完善。针对关键性的技术问题进行系统分析，寻找解决方法，从而提高分析论证的基本能力。对于不尽合理的方案，重新设计，并反复仿真调试直到方案可行为止。

4.实际电路组装与调试

可行方案经过仿真验证后，画出PCB图，加工制作电路板，并进行实际的组装测试。组装测试的工艺要求较高，包含许多细微而复杂的工艺技术，例如各类元器件的测试、焊接、整机的调试和测试等一整套实用技术，利于锻炼工程综合素质和动手能力。

5.作品验收与研讨

根据自身的实际掌握程度，积极参加各种交流活动，畅言设计经验和困难问题，通过不断改进使设计作品臻于完善。

6.报告写作与评阅

根据课程任务书的要求撰写课程设计报告，要求学生把各阶段的工作按要求叙述清楚，其中重点是对设计方案进行论证以及对调试现象的分析。

课程设计过程中，软件仿真验证调试是一个非常重要的环节，也容易被人忽视。本书着重讲述软件虚拟仿真方面的内容，下面以实用的调频接收机的设计过程为例，讲述其中的软件仿真设计方法。

4.2课程设计举例——调频接收机的设计

1.设计目的

通过本课程设计与调试，提高动手能力，巩固已学的理论知识，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、计算调频接收机的各单元电路，包括输入回路、高频放大、混频、中频放大、鉴频及低频功放级。初步掌握调频接收机的调整及测试方法并学会如何将高频单元电路组合起来，实现满足工程实际需要的整机电路。

2.调频接收机的主要技术指标

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。如调频广播收音机的频率范围为88~

108MHz，是因为调频广播收音机的工作范围也为88~108MHz。

2)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5~30μV。

3)

选择性

接收机从各种信号和干扰中选出所需信号(抑制不需要的信号)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)

频率特性

接收机的频率响应范围称为频率特性或通频带。接收机(调频接收机)的通频带一般为200kHz。

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。

3.调频接收机组成及工作原理

一般调频接收机的组成框图如图

4.1

所示。图4.1调频接收机的组成框图

其工作原理是:天线接收到的高频信号，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。混频级的输出连接调频回路，选出中频信号

(

f2

-

f1)，再经中频放大器放大，获得足够高增益，然后鉴频器解调出低频调制信号，由低频功放级放大。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。

4.各部分性能分析

1)输入回路

输入回路是接收系统选择信号的第一关，如图

4.2

所示。它的作用是初步选取接收系统要接受的某一载频信号，尽量减少损耗地送往下一级，并抑制接收频道以外的一切干扰

信号。对输入回路的要求：有用信号不产生频率失真，无用信号尽可能滤除。为了保证信号不产生频率失真，通频带要有适当的宽度；为了对临界频带信号有足够的衰减，要有一定的选择性。本设计采用了简单的单调谐回路。

图4.2输入回路

2)高频放大电路

高频放大器(高放)是用来放大高频信号的器件，高频功率放大电路如图

4.3

所示。在接收机中，高频放大器的放大对象是已调信号，它除载频信号外还有边频分量。根据高放的对象是已调信号这一情况，一般将晶体管作为放大器件，而且将并联谐振回路作为负载，让信号在信号载频谐振(若有边频分量，便要使设计回路的通频带能通过边频，使已调信号不失真)。

图4.3高频功率放大电路

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。

对高频放大器的主要要求是：

①工作稳定性:放大器可能会产生正反馈，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以保持稳定的工作状态。

②选择性好，有一定的通频带。

③失真小，增益高，并且在工作频率变化时，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。当增益变化太大时，灵敏度相差将很悬殊。由共射级连接的晶体管构成高频小信号放大器，它不仅要放大高频信号，而且还要有一定的选频作用，因此晶体管的负载为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频率和相位。晶体管的静态工作点由电阻

R2，R4，R5，R6

及

R7

决定，其计算方法与低频单管放大器相同。

从天线ANTA1接收到的高频信号经过

C1，C6和L1组成的选频回路，选取信号为

fs

=

10.7MHz的有用信号，经晶体管VT1进行放大，再由

C5

和TA1构成的调谐回路进一步滤除无用信号，将有用信号经变压器耦合进入下一阶段。

3)混频电路

因为中频信号比接收信号频率低，且中频信号的频率固定不变，所以中频放大器容易获得比较大的增益，从而提高收音机的灵敏度。而且在固定的低中频上，还可以用较复杂

的回路系统或滤波器进行选频，它们具有接近理想矩形的选择性曲线，因此有较高的频率选择性。

混频电路如图

4.4

所示。混频器的作用就是将输入信号的载频

fs

与本振信号频率

fL

进行频率变换，将输入信号的载频变成固定中频的载波信号，并保持其调制规律不变。

图4.4混频电路

混频器有高中频和低中频之分，本课程设计只研究低中频。常见的混频器有晶体三极管混频器、二极管混频器、场效应管混频器和模拟乘法器构成的混频器等。至于选用哪种

混频器，要根据需要而定。需要变频功率大，一般选用由三极管混频器、场效应管混频器和模拟乘法器构成的混频器。混频器的工作频率比较高的话，可采用二极管混频器，其中的二极管可采用肖特基势垒二极管(SBD)。而此次课程设计选用的即是收音机常用的三极管混频器。

4)中频放大电路

中频放大器主要有两个作用：

一是提高增益。因中频信号频率低于射频信号频率，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。超外差接收机检波前的总增益主要取决于中频放大器。

二是抑制邻近干扰。

对中频放大器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。对于高频放大器，因工作频率高，通频带宽，故高放回路的Q值越高越好，这时不必考虑频宽太窄的问题;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，故希望它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，2Δf0.707为通频带。本次设计的中频放大电路如图4.5所示。图4.5中频放大电路

5)鉴频电路

鉴频器的任务是从调频信号中检出调制信号，它由变换部分和振幅检波器部分组成。普通鉴频器的线性范围较宽，调整较易;但由UFM

=

Icm

RLcos(

ωct

+

k

f

∫t0

uΩ(t)dt)可以看到，UFM正比于前级集电极电流的基波幅度

Icm，鉴频前若无限幅器，则

Icm不为常数，于是

UFM将随

Icm(即接收信号)的大小改变，而不能免受寄生调幅的影响。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。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

UFM

为普通鉴频器的一半。但因为