調(diào)頻接收機(jī)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(楊佳宜).doc

通信電子線路課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 調(diào)頻接收機(jī)設(shè)計(jì) 院、 部： 電氣與信息工程學(xué)院 學(xué)生姓名： 楊佳宜 指導(dǎo)教師： 張松華 職稱 講師 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級(jí)： 電子1004班 學(xué) 號(hào)： 10401140428 完成時(shí)間： 2012年12月12日 摘 要本次課程設(shè)計(jì)，其目的是得到一個(gè)簡(jiǎn)易的調(diào)頻接收機(jī)。所謂調(diào)頻接收機(jī)，是指將所要接收的電臺(tái)在調(diào)諧電路里調(diào)好以后，經(jīng)過電路本身的作用，就變成另外一個(gè)預(yù)先確定好的頻率，然后再進(jìn)行放大和檢波。這個(gè)固定的頻率，是由差頻的作用產(chǎn)生的。在調(diào)頻接收機(jī)的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)將其分為選頻網(wǎng)絡(luò)、高頻放大、變頻、解調(diào)、低放和低頻功放六個(gè)部分。但是在設(shè)計(jì)時(shí)必須全面考慮，妥善處理一些相互牽制的矛盾，特別要抓住主要矛盾（穩(wěn)定性、選擇性、失真等），才能使得接收機(jī)有較好的指標(biāo)。接收機(jī)能夠大大提高接收機(jī)的增益、靈敏度和選擇性。調(diào)頻電路的典型應(yīng)用是調(diào)頻接收機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是：一、容易得到足夠大而且比較穩(wěn)定的放大量。二、具有較高的選擇性和較好的頻率特性。三、容易調(diào)整。缺點(diǎn)是電路比較復(fù)雜，同時(shí)也存在著一些特殊的干擾，如像頻干擾、組合頻率干擾和中頻干擾等。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，調(diào)頻接收機(jī)已經(jīng)可以單片集成。 關(guān)鍵詞：調(diào)頻;混頻;鑒頻ABSTRACT The curriculum design, the goal is to have a simple FM receiver. The FM receiver, are to be received by the radio in the tuned circuit in good tune, after the circuit itself, it becomes a predetermined frequency, and then the amplification and detection. The fixed frequency, by difference frequency effect.The FM receiver design process, it should be divided in frequency selection network, high-frequency amplification, demodulation, frequency conversion, low and low frequency power amplifier six parts. But in the design must be considered comprehensively, properly handle some mutual contradiction, especially to capture main contradiction ( stability, selectivity, distortion and so on ), in order to make the receiver has better index. The receiver can greatly improve the gain of the receiver, sensitivity and selectivity. Frequency modulation circuit is the typical application of FM receiver, the utility model has the advantages of: A, easy to get large enough and stable amount of amplification. In two, high selectivity and good frequency characteristics. Three, easy adjustment. Disadvantage is the electric circuit is very complicated, there are also some special interference, such as image frequency interference, combined frequency interference and interference etc. With the development of integrated circuit technology, FM receiver can already be monolithic integrated.Key words: FM; mixing; Frequency discriminatorI目 錄1 設(shè)計(jì)任務(wù)11.1調(diào)頻接收機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)11.2 設(shè)計(jì)思路22 調(diào)頻接收機(jī)系統(tǒng)原理分析32.1 調(diào)頻原理32.2 調(diào)頻接收機(jī)原理43 詳細(xì)設(shè)計(jì)5 3.1 高頻小信號(hào)放大電路5 3.1.1工作原理5 3.1.2高頻小信號(hào)放大電路圖及仿真圖5 3.2本地振蕩回路7 3.2.1工作原理7 3.2.2本地振蕩電路圖及仿真圖7 3.3 混頻電路8 3.3.1工作原理8 3.3.2一次混頻原理圖及仿真圖9 3.4 二次混頻10 3.4.1原理圖及仿真圖10 3.5斜率鑒頻器雙失諧回路11 3.5.1電路組成11 3.5.2工作原理11 3.5.3鑒頻電路圖及仿真圖12 3.6低頻放大電路13結(jié)束語(yǔ)14致 謝15參考文獻(xiàn)16附 錄171 設(shè)計(jì)任務(wù)調(diào)頻接收機(jī)經(jīng)歷了電子管、晶體管、中小規(guī)模集成電路和大規(guī)模集成電路四個(gè)階段，他們的原理框圖大同小異。 對(duì)于超外差接收機(jī)，由接收天線、高頻帶通濾波器、高頻放大器、本振、混頻、陶瓷濾波器、 包絡(luò)檢波器、低放及功放還有揚(yáng)聲器等組成。1.1調(diào)頻接收機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)1.工作頻率范圍接收機(jī)可以接受到的無(wú)線電波的頻率范圍稱為接收機(jī)的工作頻率范圍或波段覆蓋。接收機(jī)的工作頻率必須與發(fā)射機(jī)的工作頻率相對(duì)應(yīng)。如調(diào)頻廣播收音機(jī)的頻率范圍為88108MH，是因?yàn)檎{(diào)頻廣播收音機(jī)的工作范圍也為88108MHz2.靈敏度在標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制（如調(diào)制頻率f= kHz 、頻偏fm =kHz或25kHz、50 kHz、75 kHz ）條件下，使接收機(jī)輸出端為額定音頻功率和規(guī)定信噪比的輸入信號(hào)電平，稱為靈敏度。接受的輸入信號(hào)電平越小，靈敏度越高。調(diào)頻廣播收音機(jī)的靈敏度為50V,3.中頻選擇性接收機(jī)6dB帶寬和帶外的抑制能力稱為中額選擇性，一般調(diào)頻收音機(jī)的中頻6dB帶寬為100kHz,200kHz處的帶寬抑制能應(yīng)大于40dB手機(jī)中頻6dB帶寬為 5kHz，10kHz處帶外抑制能力應(yīng)大于40dB。 4.中頻抑制比接收機(jī)對(duì)輸入信號(hào)為本機(jī)中頻信號(hào)fI的抑制能力稱為中頻抑（ IFR ）IFR=20(VIF/VS) ，式中，VS是輸入靈敏度電平，VIF是使輸出功率為額定值的輸入中頻信號(hào)電平，單位用dB（分貝）表示dB數(shù)越高，中頻抑制能力越強(qiáng)。頻率fj比本振頻頻率高一個(gè)中頻 fI ，它與本振頻率fo之差仍等于中頻fI ，fj =fo+fI=fS+2fI ,fS是接收機(jī)工作頻率。5音頻響應(yīng) 接收機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制（如調(diào)制頻率f=1kHz 、頻偏fm=5kHz或25kHz、50 kHz、75 kHz）和標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)電平（如靈敏度或兩倍靈敏度）下音頻輸出電平和調(diào)制頻率的輸出關(guān)系，稱音頻響應(yīng)。6額定輸出功率 接收機(jī)的負(fù)載上獲得的規(guī)定的（由接收機(jī)指標(biāo)規(guī)定）不失真（或非線性系統(tǒng)為給定值時(shí)）功率，稱額定輸出功率。本次設(shè)計(jì)的基本要求是：1、 工作頻率；2、 輸出功率；3、 靈敏度為。1.2 設(shè)計(jì)思路根據(jù)此次課程設(shè)計(jì)的要求，我設(shè)計(jì)的是一個(gè)簡(jiǎn)易的調(diào)頻接收機(jī)。整個(gè)電路由五部分組成，分別為高頻放大、混頻、本振、鑒頻和低頻放大。其中中頻部分由二次混頻得到。（1） 高頻放大：高頻放大器是用來(lái)放大高頻信號(hào)的器件（在接收機(jī)中，高放所放大的對(duì)象是已調(diào)信號(hào)，它除載頻信號(hào)外還有邊頻分量）。根據(jù)高放的對(duì)象是載頻信號(hào)這一情況，一般采用管子做放大器件，而且并聯(lián)諧振回路作為負(fù)載，讓信號(hào)諧振在信號(hào)載頻（若有邊頻分量，便要設(shè)計(jì)回路的通頻帶能通過邊頻，使已調(diào)信號(hào)不失真）。這樣做的好處是：a.回路諧振能抑制干擾；b.并聯(lián)回路諧振時(shí)，其阻抗很大，從而可輸出很大的信號(hào)。 （2）混頻：混頻是將高頻放大信號(hào)和本振信號(hào)混合，輸出一個(gè)中頻信號(hào)，在調(diào)頻電路中，本振信號(hào)必須是獨(dú)立的，這是與調(diào)幅電路最大的一個(gè)區(qū)別。混頻電路是一種典型的頻譜搬移電路，可以用相乘器和帶通濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)這種搬移。 （3）本振：本振電路用LC諧振回路來(lái)產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的本地振蕩頻率，將這個(gè)穩(wěn)定的諧振頻率與高頻放大輸出信號(hào)混頻，得到一個(gè)中頻信號(hào)。（4） 鑒頻：在本次設(shè)計(jì)中采用的是斜率鑒頻器。（5）低放：一般從鑒頻器輸出的信號(hào)都比較小，為了得到我們所需的信號(hào)，必須將輸出信號(hào)進(jìn)行放大。一般采用三極管放大電路來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)是音頻信號(hào)，所以采用運(yùn)算放大器效果比較好。2 調(diào)頻接收機(jī)系統(tǒng)原理分析2.1 調(diào)頻原理調(diào)頻（FM） 就是用高頻載波信號(hào)的頻率來(lái)裝載音頻信號(hào)，即用音頻信號(hào)（調(diào)制信號(hào)）來(lái)調(diào)制高頻載波信號(hào)的頻率，從而使原為等幅恒頻的高頻載波信號(hào)的頻率隨著調(diào)制信號(hào)的幅度而變化，但其幅值不變（如圖2.1所示）。頻率被音頻信號(hào)調(diào)制過的高頻信號(hào)叫已調(diào)頻信號(hào)，簡(jiǎn)稱調(diào)頻信號(hào)。調(diào)幅信號(hào)和調(diào)頻信號(hào)統(tǒng)稱為已調(diào)制信號(hào)，或簡(jiǎn)稱為已調(diào)信號(hào)。 圖2.1 調(diào)頻波調(diào)頻廣播所能傳輸?shù)囊纛l頻帶較寬，宜于傳送高保真音樂節(jié)目，并且它的抗干擾能力較強(qiáng)。這是因?yàn)檎{(diào)頻信號(hào)的幅值是固定不變的，可以用限幅的方法，將由干擾而產(chǎn)生的調(diào)頻信號(hào)的幅值的變化有效地消除掉。同時(shí)，它比AM的發(fā)射功率也可減小，這是因?yàn)檎{(diào)幅信號(hào)的幅值一般都比載波的幅值大，有效發(fā)射功率比發(fā)射機(jī)發(fā)射的功率小得多。而調(diào)頻信號(hào)的幅值和載波的幅值一樣大，在發(fā)射機(jī)功率發(fā)射功率一樣時(shí)，調(diào)頻信號(hào)的有效發(fā)射功率要比調(diào)幅信號(hào)的有效發(fā)射功率大。但由于調(diào)頻廣播工作于超短波波段，其缺點(diǎn)是傳播距離短，覆蓋范圍小，且易于被高大建筑物等物體所阻擋。然而人們恰恰利用了這一點(diǎn)，不同地區(qū)或城市可使用同一或相近的頻率，而不致引起相互干擾，提高了頻率利用率。2.2調(diào)頻接收機(jī)原理天線接受到的高頻信號(hào)，經(jīng)過輸入調(diào)諧回路選頻為fi，再經(jīng)高頻放大器放大，進(jìn)入混頻器；本機(jī)振蕩器輸出的另一高頻信號(hào)f2亦進(jìn)入混頻器，則混頻器的輸出為含有f1、f2、(f1 f2)、(f2- f1)等頻率分量的信號(hào)。混頻器的輸出接有選頻回路，選出中頻信號(hào)(f2- f1)，再經(jīng)中頻放器放大，獲得足夠高的增益，然后經(jīng)過鑒頻器解調(diào)出低頻調(diào)制信號(hào)，再由低頻功放級(jí)放大，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。從天線接受到的高頻信號(hào)經(jīng)過混頻初成為固定的中頻f2- f1，故成為超外差式接收機(jī)。這種接收機(jī)的靈敏度較高，選擇性較好，性能也比較穩(wěn)定。圖2.2為本次設(shè)計(jì)的調(diào)頻接收機(jī)的基本原理框。高頻放大一次混頻本振一16.455MHz輸入回路二次混頻本振二6.9MHz鑒頻低頻放大 圖2.2 調(diào)頻接收機(jī)基本原理框圖3 詳細(xì)設(shè)計(jì)3.1 高頻小信號(hào)放大電路3.1.1工作原理高頻放大器是用來(lái)放大高頻信號(hào)的器件，高頻放大器與低頻相比較，它的工作頻率高，但整個(gè)工作頻帶寬度比較窄。在接收機(jī)中，高頻放大器放所放大的對(duì)象是已調(diào)信號(hào)，它除載頻信號(hào)外還有邊頻分量。根據(jù)高放的對(duì)象是載頻信號(hào)這一情況，一般采用晶體管做放大器件，而且用并聯(lián)諧振回路作為負(fù)載，讓信號(hào)諧振在信號(hào)載頻。對(duì)于高頻小信號(hào)放大器來(lái)說(shuō)，由于信號(hào)小，可以認(rèn)為它工作在晶體管的線性范圍內(nèi)。允許把晶體管看成線性元件，可以看成有源線性四端網(wǎng)絡(luò)。對(duì)高放的主要要求是:(1) 工作穩(wěn)定：放大器可能會(huì)產(chǎn)生正反饋，它影響放大器的穩(wěn)定工作，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)引起振蕩，使放大器變成振蕩器，從而完全破壞了放大器的正常工作。因此，在正常工作中要保證放大器遠(yuǎn)離振蕩狀態(tài)而穩(wěn)定的工作。（2）選擇性好，有一定的通頻帶。（3）失真小，增益高，并且工作頻率變化時(shí)增益變動(dòng)不應(yīng)過大，工作頻率越高，晶體管的放大能力越小，增益越低。增益變化太大時(shí)，則靈敏度相差將很懸殊。（4）噪聲系數(shù)小，盡量減小本級(jí)的內(nèi)部噪聲。3.1.2高頻小信號(hào)放大電路及仿真圖 圖3.1高頻放大電路R4、R5為三極管Q1的偏置電阻，以使其工作在放大區(qū)。VCC=12V，V(BR)=VCC, 輸出電壓: ; (3.1.1)輸出功率： ; (3.1.2)電容C1起隔直耦合作用，C3起隔直作用，Q2、Q3兩三極管構(gòu)成乙類功率放大器，R7、R8的值都取1.0歐，負(fù)載R9為8.2歐，最終由R9輸出功率。由仿真結(jié)果得，放大器將電壓幅值放大20倍左右。 圖3.2高頻放大電路仿真圖3.2本地振蕩回路3.2.1工作原理本振電路采用改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩電路。因?yàn)楸菊耠娐返妮敵鲱l率要與高頻放大電路的輸出信號(hào)進(jìn)行混頻，得到一個(gè)中頻信號(hào)。所以要求本振電路的輸出頻率必須很穩(wěn)定。所以采用石英晶體振蕩器。如果本振電路的輸出不穩(wěn)定，將引起變頻器輸出信號(hào)的大小改變，振蕩頻率的漂移將使中頻改變。振蕩器的振幅與振蕩管的特性以及反饋電路的特性有關(guān)。3.2.2電容三點(diǎn)式電路圖及仿真圖圖3.3本地振蕩回路電路 回路諧振電容 : ; (3.2.1) 由以上可知諧振頻率 : (3.2.2) 對(duì)于提高振蕩電路的穩(wěn)定度有以下幾種方法：（1） 提高回路的Q值。Q值高，可使頻率穩(wěn)定?；芈稱值主要由電感的Q值決定，故要提高電感的Q值。為此應(yīng)盡量減小損耗而加大特性電阻。不過，的提高有一定限制，L太大時(shí)，損耗也大，而且C太小時(shí)并聯(lián)在回路中的雜散電容可與C相比擬，雜散電容將顯著影響頻率的穩(wěn)定。 （2）減小負(fù)載的影響。減小振蕩回路和負(fù)載間的耦合程度可減弱負(fù)載的影響，不過這時(shí)傳送到負(fù)載上的振蕩信號(hào)也小了，故振蕩要求更強(qiáng)。在振蕩器和負(fù)載之間加一級(jí)射極輸出器可改善負(fù)載對(duì)振蕩器的影響，因射極輸出器之輸入阻抗較高，隔離作用較好，同時(shí)不增加振蕩功率的要求。 圖3.4本地振蕩仿真圖 3.3 混頻電路3.3.1工作原理混頻器是一個(gè)變頻電路，一般用相乘器，高頻放大電路和本地振蕩電路的輸出信號(hào)加到混頻器的輸入端，得到一個(gè)差頻。調(diào)諧回路的輸出，進(jìn)入混頻級(jí)的是高頻調(diào)制信號(hào)，即載波與其攜帶的調(diào)制信號(hào)。經(jīng)過混頻，輸出載波的波形變得很稀疏其頻率降低了，但音頻信號(hào)的形狀沒有變。通常將這個(gè)過程 ( 混瀕和本振的作用 ) 叫做變頻。從頻譜觀點(diǎn)上來(lái)看，混頻的作用就是將已調(diào)波的頻譜不失真的從的位置上，因此，混頻電路是一種典型的頻譜搬移電路，可用相乘器和帶通濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)這種搬移。如圖3.5所示:圖3.5 頻譜電路 混頻電路的原理是：把本機(jī)振蕩產(chǎn)生的高頻等幅振蕩信號(hào)f1，與輸入回路選擇出來(lái)的廣播電臺(tái)的高頻已調(diào)波信號(hào)f2同時(shí)加到非線性元件的輸入端。利用元件的非線性作用（晶體管的非線性作用）進(jìn)行混頻?；祛l結(jié)果：輸出頻率為f1、f2以及頻率為f1+f2、f1f2、高次諧波等多種信號(hào)。在本次設(shè)計(jì)中我們采用晶體三極管混頻器，晶體三極管環(huán)型混頻器的優(yōu)點(diǎn)是工作頻帶寬，可達(dá)到幾千兆赫，噪聲系數(shù)低，混頻失真小，動(dòng)態(tài)范圍等，但其主要缺點(diǎn)就是沒有混頻增益。由于混頻器處于接收機(jī)的前端，它的噪聲電平高低對(duì)整機(jī)有較大的影響，因此要求混頻器的噪聲系數(shù)越小越好。 3.3.2一次混頻電路原理圖及仿真圖 圖3.6 晶體管混頻電路 圖3.7 晶體管混頻電路仿真圖3.4 二次混頻3.4.1原理圖及仿真圖 二次混頻原理與一次混頻相同，我們將二次混頻本振頻率改為6.9MHz，輸入的是一次混頻輸出的頻率6.45MHz，所以經(jīng)混頻電路得到的頻率應(yīng)為450KHz的調(diào)制信號(hào)。 圖3.8二次混頻電路 圖3.9二次混頻仿真波形3.5斜率鑒頻器雙失諧回路3.5.1電路組成圖3.10 斜率鑒頻器電路組成3.5.2工作原理 調(diào)頻波經(jīng)兩個(gè)失諧回路轉(zhuǎn)換為兩個(gè)調(diào)幅-調(diào)頻波，再經(jīng)各自的包絡(luò)檢波器，得到兩反相的輸出信號(hào)，然后合成得到總的輸出信號(hào)。3.5.3鑒頻器電路圖及仿真圖圖3.11 斜率鑒頻器電路圖3.12斜率鑒頻器仿真波形3.6 低頻放大電路從檢波器解調(diào)出的輸出信號(hào)一般很小，所以在輸出極一般采用低頻功率放大電路，把信號(hào)放大到所需要的大信號(hào)，然后再輸出。電路如圖3.13所示： 圖3.13 低頻放大電路圖3.14 低頻放大仿真波形電壓增益Av根據(jù)虛短和虛斷的概念: (3.6.1)由圖可知: (3.6.2)由此可得增益： (3.6.3) 結(jié)束語(yǔ)高頻是一門比較難學(xué)的課程，相對(duì)來(lái)說(shuō),高頻的課設(shè)也是不容易做的。通過此次課程設(shè)計(jì)，使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)高頻電子線路方面的知識(shí)，在設(shè)計(jì)過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識(shí)欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。實(shí)踐出真知，通過親自動(dòng)手制作，使我們掌握的知識(shí)不再是紙上談兵。在此課程設(shè)計(jì)過程中，我不