高频电路设计与制作实训论文-调频接收机

桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸,（高频电路设计与制作）实训论文说明书题目：调频接收机院（系）：专业：电子信息工程学生姓名：学号：指导教师：2011年12月28日第页共11页引言随着电子技术的发展，人们也对电子产品的需求越来越大，要求也越来越高。许多电子产品中都用到了高频电子的知识。高频电子技术也愈显重要。本次实训我做的主要是调频接收机，也就是我们日常生活中常说的收音机。下面分成几个小点来一一介绍收音机的组成以及工作原理。1无线电接收概论无线电广播是利用无线电波向广大接收者播送声音节目的通信过程，属于无线电通信范畴。1.1无线电广播与接收概述无线电广播是利用无线电波向广大接收者播送声音节目的通信过程，属于无线电通信范畴。广播电台为了把声音信号传递出去，发射的电磁波必须带有音频信号。音频信号是通过一个调制器把各种声音信号加以处理而来的。它的频率很低，如人声的频率大约在300赫～3000赫，音乐频率大体在50赫～15000赫，这样的频率是传送不出去的，必须再把低频信号加在高频电磁波里，这样的过程叫做调制，未调制的高频电磁波叫载波。音频信号必须与载波结合起来，才能把声音信号传送到远方。人们收听广播电台的广播节目时，就是接收到载有低频信号的电磁波。调制的方法有两种：一种是调幅(AM)，使载波的振幅随着音频信号的大小而变化。一种是调频(FM)，使载波的频率随着音频信号而变化，并保持振幅不变。调频通常只应用于超短波以上的波段范围，调频波的接收只限于离无线电发射较近距离内，调频具有抗干扰性能好，传送信号保真度高的优点。1.2无线电广播系统组成及基本过程无线电广播系统主要由发送系统和接收系统两部分组成。无线电广播的基本过程是信号的”发送接收过程。在发送端，将需要传播的信息，如声音、文字，图像等低频信号，转换成电信号后,经调制器”调制”在高频载波上，然后由发射机通过发射天线辐射到空中去，并以无线电电磁波的形式进行远距离传播。在接收端，这些已调制的高频无线电波被接收机天线接收下来，经过”解调”和一系列处理后，获复成原来的低频信息。接收机是一种从天线接收并解调无线电信号的电子设备，主要用于声音，图像定位信息等。''收音机''和''无线电接收机''一般特别指只接收和播放声音的接收机，尽管其他的象电视机技术也是无线电接收设备。1.3

无线电波的波段划分无线电波是波长比较长的一种电磁波，它在电磁波谱中所占的范围比广。

无线电波可用波长和频率来表示。习惯上，中、长波一般用频率来表示，短波、超短波一般用波长来表示。1.4.调频波的理论基础根据将声音信息调制在无线电波上的方式的不同，无线电波又分为调频波与调幅波两大类：调频波的英文简称为FM，我国按国际标准规定的调频广播的频率范围为87兆赫兹至108兆赫兹之间。调幅波的英文简称是AM，按照使用频率范围的不同又可分为中波、短波、长波，相对应的英文简称为MW、SW、LW。中波的频率范围，我国按国际标准定为526.5千赫兹至1606.5千赫兹。短波的频率范围为2.0兆赫兹至26.1兆赫兹之间。长波的频率范围为150千赫兹至284千赫兹之间，随着广播事业的发展，长波因其固有的缺点已不太被使用了，我国一直未使用长波广播。调频波和调幅波相反，它的幅度始终保持不变，而频率却随着声频信号而变化。2收音芯片CXA1691BMCXA1691BM是一个单芯片FM/AM收音IC专为无线收录机。由索尼公司主生产。2.1CXA1691BM芯片特点低消耗电流（VCC=3V）ForFM：ID=5.8mA（典型）ForAM：ID=4.7mA（典型）内置调频/调幅选择开关。大的AF放大器输出。VCC=6伏，EIAJ输出=500毫瓦（典型值）负载阻抗8欧。2.2CXA1691BM芯片功能1、RF放大器，混频器和振荡器（其中包括亚足联可变电容器）。2、IF放大器3、正交检测4、优化的LED驱动器5、AM一节6、RF放大器，混频器和振荡器（RFAGC）7、中频放大器（带有中频AGC）8、检测器9、优化的LED驱动器10、自动对焦节11、电子音量控制12、调频静音13、双极单片集成电路2.3CXA1691BM芯片异定值、温度与工作条件1、绝对最大额定值（Ta=25℃）2、电源电压VCC14V3、工作温度Topr-10至+60°C4、存储温度Tstg-50至+125°C5、允许功率耗散6、CXA1691BM：PD700毫瓦。7、CXA1691BM：电源电压VCC2至7.5V3.调频接收机的工作原理3.1调频接收机的组成与调幅接收机相比，调频接收机除了包含有本机振荡器、混频器、中频放大器外，还包括限幅器，并且鉴频器代替了线性检波器。其中鉴频器是关键部件。因为调频波是用短波传输的，所以高频放大和本机振荡的频率很高。有因为调频信号的频率变化很大，一般最大可达150--200KHZ，所以中频就要比调幅收音机的高得多，一般中频都采用5--11MHZ，我国现在一般电视接收机伴音中频就是6.5MHZ，调频收音机收到调频波后，经过混频和中放，送到限幅器和鉴频器。鉴频器输出的音频信号加到低频放大器放大，推动扬声器发出声音。3.2限幅电路的作用调频广播的主要优点之一就是噪声小，抗干扰性强，因而接收质量高。这是因为噪声干扰一般都是调制载波振幅的形式，叠加在所传送的信号上，使调幅接收机中混杂着噪声成分。在调频接收机的情况下，载波的振幅大小并不包含有用的信号所以就得用限幅的方法把调频波中由噪声产生的调幅分量完全消除后，再送到鉴频器去。起着这种调幅分量作用的电路，叫着限幅器。限幅电路除了能有效地抑制干扰外，还有一个作用就是保持输出信号的幅度稳定不变，如果输入信号的振幅高于某些=一规定值时，由于限幅作用，它的输出信号幅度也不会发生改变。3.3鉴频器的工作原理鉴频器又称检波器，它的任务就是从调幅波中检出原调制信号。一般要分两步进行。第一步先将等幅的调频波改变成振幅随频率变化的调幅波，使其幅度变化的规律和频率变化规律相同，也就是和调制信号的变化规律相同。第二步再用振幅检波器除去载波，最后得到音频信号。3.4对混频电路的主要要求本设计共设置了四个独立按键，两个按键是分别控制两片单片机的复位按键1.信号失真要小一般希望混频电路只对信号的载波频率进行变换，而对信号包络或信号角度的变化尽可能的维持原状，这样才能保证原调幅波或调频波的不失真传输。2.噪声系数要小噪声系数Nf是衡量信号通过本级时，信号噪声比降低了多少的一项技术指标。噪声系数越大，说明信号噪声比降低得越多，噪声系数随本级产生噪声的增加而增大，随本级增益的提高而降低。混频级位于接收机的前端，输入信号比较微弱，电路本身又工作在非线性状态，所以它所产生的噪声对整机的总噪声和总增益影响很大。混频电路的噪声主要是非线性器件产生的所以应选用低噪声晶体管，选择合理的工作点及本机振荡电压，并应兼顾到本级噪声降低和增益提高两个方面。3.混频增益要大混频增益的定义是中频输出电压的振幅Vzm与高频输入电压振幅Vsm之比，即Kvc=Vzm/VsmKvc大，意味着输入同样的高频信号可获得较大的中频信号电压和信号功率，不但提高了接收机的灵敏度和整机增益，而且有效地降低了机内噪声的影响。采用混频跨导高的非线性元件，选择合理的工作点以及本振和高频信号的电压，输入、输出尽量匹配，都有利于提高混频增益。4.选择性要好在保证信号所需通频带的前提下，混频电路抑制各种不需要的频率分量的干扰，要求输出选频网络（带通滤波器）有较好的选择性，即希望有较为理想的幅频特性，它的矩形系数尽可能接近于1。5.频率覆盖应足够宽和准确混频电路能够进行频率变换的高频输入信号的频率范围，叫做它的频率覆盖。显然，中频频率确定后，混频电路的频率覆盖取决于本级振荡电路的频率覆盖。如果频率覆盖不够宽或覆盖范围不准确，就会丢失应该变换的高频信号，在超外差式收音机中，表现为收不到波段内的频率偏高或偏低的电台。6.本振频率要足够稳定混频电路的带通滤波器的带宽是根据需要调定的，一般都不留裕量，当本振频率发生漂移时就会使本振信号与高频信号差额成分的一部分超出滤波器通频带的范围，使中频信号减小并出现失真。当本振频率漂移严重时，差额成分有可能全部移出滤波器的通带范围，以至得不到中频信号。所以，对本机振荡电路的频率稳定度提出了较高的要求。7.本振与高频输入信号间的相互影响要小在混频电路中，输入高频信号和本振等幅信号的电路引线都接在非线性器件的输入端，两者间不可避免地存在着一定的电磁耦合。如果耦合较强，高频输入信号耦合到本振回路中就会引起本振频率的变化，造成选择高频信号时调谐困难，即所谓频率牵引现象。若本振信号耦合到高频信号回路中，不但不会压低本振电压，还可能出现向空间反发射。为此，应尽量减小这种相互影响。8.前后级匹配要好混频电路与前后级匹配不好，不但会降低混频增益和信噪比，而且会使不能吸收的功率来回反射，造成信号失真。反射现象反映在电视机荧光屏上就会出现重影。3.5调频接收机的主要技术指标工作频率范围接收机可以接收到的无线电波的频率范围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--108）MHZ，是因为调频广播发射机的工作频率范围也为（88--108）MHZ。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，灵敏度就越高，调频广播收音机的灵敏度一般是（2--30）uV。选择性接收机从各种信号和干扰信号中选出所需信号（或减小不需要的信号）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。一般调幅收音机频偏+-10KHZ的选择性应大于20dB，调频收音机的中频干扰比应大于50dB。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20KHZ。输出功率接收机的负载上获得的最大不失真（或非线性失真系数为给定值时）功率称为输出功率。4原理分析和理论计算4.1调频信号的分析1、调频信号的一般表达式为：Ufm(t)=Ucosф(t)式中U是FM波的振幅，ф(t)是FM信号的瞬时相位；且ф(t)＝ωct+Kf∫UΩ(t)dt其中ωc－FM波的中心角频率，即载波频率Kf－FM波的调频灵敏度UΩ(t)－调制信号2、调频信号的带宽：B＝2(m+1)F其中m是调频指数，F是调制信号的频率3、调频信号的解调：调频信号的解调就是利用鉴频器从调频波Ufm(t)中恢复出原调制信号UΩ(t)的过程。鉴频器的类型和种类很多，有振幅鉴频器，相位鉴频器，比例鉴频器，正交鉴频器。SONY的CXA1019S则采用正交鉴频的方法，所谓正交鉴频即将输入FM信号经移相网络后生成与原FM信号正交的参考信号电压，它与输入FM信号电压同时加入乘法器，乘法器输出再经过低通滤波器滤波后，便可还原原调制信号。4、调频制中的噪声﹑门限效应：实际上，信道内存在噪声和干扰是不可避免的，它们在经过前级带通滤波器后，与有用信号一起加至解调器，这使解调器输出端除了有用的FM信号外，必然伴随有干扰和噪声。这将影响信号传输的质量，在严重的情况下，有用信号甚至完全淹没在噪声中，而无法进行调频信号的接收[4]。这个一定的数值的输入信噪比，就是所谓门限值。当输入Si/Ni低于这个门限值时所发生的现象叫做调频信号解调时的门限效应。4.2超外差收音机的干扰本题采用超外差式FM收音机,这种方式能使收音机的性能得到改善,但同时混频器又会给收音机带来干扰问题。理想情况下,混频器的输出只有输入信号Fc与本地振荡的频率Fl混出的中频分量Fc-Fl或Fl-Fc,而实际中还有其它的许多频率分量也会经混频器输出,这就有可能产生下面的干扰:(1).信号与本振的自身组合干扰.当采用本振频率fl高于信号频率fc时，即fl－fc＝fi时有公式:(p,q是非负整数)当Fc/Fl(或者说变频比)一定时,并能找到合适的p,q就会形成干扰,而阶数越小,干扰越严重(p+q>1).在接收频带一定的情况下,提高中频可以减小这种干扰的数目和阶数.(2).外来干扰与本振的组合干扰.这一类干扰主要有中频干扰,镜像干扰及其它副波道干扰.中频干扰是一阶干扰，但因10.7MHZ难通过本电路的前端电路，因此其影响可忽略不计。影响本设计的主要是镜像干扰.镜像干扰是二阶干扰。对于Fl>Fc的电路,当外来干扰频率Fj=Fl+Fi时,Uj与Ul共同作用在混频器的输入端,也会产生差频Fj-Fl=Fi,从而会在接收机输出端听到干扰电台的声音.同理，对于Fl<Fc的变频电路,镜频镜频的一般关系式为:可见要使收音机的镜像抑制比大于20dB，对于一次变频的收音机而言，选频网络非常重要。本机中频为10.7MHz,选用高本振为98.7MHz~118.7MHz，则其镜像频率为109.4MHz~129.4MHz.4.3调频收音机的常识广播调制接收机的通频带B确定为200kHz。 这是因为发送调频信号的Δfm=75kHz,Fmax=15MHz,由此算得的发送FM信号的带宽Bfm=180kHz,再考虑发射机，接收机的载频不稳定度后，为接收机通频带留有±10kHz的裕度，因而把接收机的通频带B定为200kHz[5]。广播调制接收机的中频信号频率值fI选为10.7MHz,选择足够高的中频频率，才能保证中频回路在考虑了收，发载频不稳定度后通过带宽达180kHz的调制信号。10.7MHz的中频频率值，略大工于调频广播频段范围（108-88=20MHz）的一半，这样可以避免镜像干扰。例如，当fc=88MHz时，本机振荡频率fl=fc+10.7MHz,镜像干扰频率为f镜像=fl+fI=fc+2fI=88+2×10.7=109.4MHz,这个镜像干扰频率已处于本机最高的接收频率108MHz以外，因而可以避免fc=88MHz上的镜像干扰。当然，更能抑制fc>88MHz其它工作频率上的镜像干扰。5调试刚开始知道这个实训不用自己设计原理图和画PCB，连电路板都是现成给出的，并且板上标有元件规格时，我就认为这是我们做过的最没有难度的实训了。但是，在接下来的原理理解，元件焊接以及电路板调试的过程中，出现了很多细节上需要注意但是自己又大意的地方。在元件焊接时，我们要注意以下几点：(l)清查元器件的质量,并及时更换不合格的元件，特别是芯片，我们实训的很多芯片都是损坏的；(2)确定元件的安装方式,对照电路图核实电路板，注意二极管电解电容的正负极，辨清三极管的管脚；(3)在电路板上，若元件的焊盘靠的比较近，则应将元器件弯曲成形,采用立式插装,以便于焊接，如三极管；(4)各焊点加热时间及用锡量要适当,防止虚焊、错焊、短路。耳机插座、三极管等焊接时要快,以免烫坏；(5)悍后剪去多余引脚,检查所有焊点,并对照电路图仔细检查,并确认无误后方可通电。电路焊完后就开始调试了。高频电路由于受分布参数及各种耦合与干扰的影响，其稳定性比起低频电路来要差些，因此调试工作比较复，特别是整机调试，需要细致耐心，前后级多次反复调整，直到满足技术指标要求。切记不要急燥，更不能盲目地更改参数，否则事半功半，达不到预期效果。收台时，调节电感L2，当出现电台时，如果输出设备声音小，可以调节R1来调节输出音量；如果电台有杂音，则可调节回路中的电感来进行微调或者调节选频回路提高精度。电路中有一LED二极管，此为调谐指示灯，接收到的信号与本振谐振时，即收到电台时，LED亮，反之则不亮。将输出设备，即耳麦、音箱及其他硬件，与电路输出接口相连，则可收到电台。如果看到LED灯发亮，却没有任何声音，那么很可能，可调电阻R1被调至最小，R1为音量输出调节电阻。在调试中我也常常因为没有弄清楚原理图而胡乱调试，导致忙了很久而没有得到想要的效果，后来去弄清楚原理后才发现，原来调出电台这么容易的。而且在调试的过程中还发现，当你将金属物体靠近可调电感时，电台会变得清晰，移开金属物体后，电台又变得模糊，我猜想可能是可调电感的圈数不够导致的，不知道如果在电感上加上一个金属物体会怎么样。因为在调试的时候经常发生这样的情况，当刀片放在上面的时候，可以收到很清晰的电台，当把刀片移开后就没有那么清晰了。在实验室调试的时候我调试到大约8个台，清晰度跟我们平时考试时候用的收音机有的一比。在实训过程中，通过选取元件、确定电路形式、以及计算等等，提高我们的动手能力，同时通过调试来发现自己的错误并分析及排除这些故障，使我们对小功率放大器的知识得到了加深。6结论通过对调频收音机的制作与调试，能更加清楚的认识高频电子在我们日常生活中的重要性，同时复习了自己的高频电子线路的知识，使自己的知识更加扎实。同时还大致了解了芯片CXA1691BM的功能及其特点。本设计虽然已经成功实现基本的收音功能，但是还是存在很多的不足，例如，本设计在调试时不方便，想要有跟