超外差式接收機(jī)ppt課件

1、4.1.2 無(wú)線信號(hào)接收電路的主要技術(shù)指標(biāo),接收電路的主要技術(shù)性能指標(biāo)如下,1）信噪比,接收機(jī)輸出信號(hào)中的有用信號(hào)功率電平與噪聲信號(hào)功率電平的比值，稱(chēng)為接收機(jī)信噪比，用符號(hào)SNR(Signal-noise ratio)表示，信噪比是衡量接收機(jī)輸出信號(hào)質(zhì)量的重要指標(biāo),用分貝表示,2）接收靈敏度,接收機(jī)輸出信號(hào)信噪比達(dá)到一定要求且輸出功率不小于音頻額定功率的50%的情況下，輸入端所需的最小信號(hào)電平稱(chēng)為接收機(jī)的靈敏度。 請(qǐng)思考：提高增益，能否提高接收靈敏度,3）選擇性,常用的接收電路可分為： *直接放大式接收電路*超外差式接收電路*二次變頻接收電路 *放大器順序混合型接收電路,其中，直接放大式接收電

2、路又可以分為： （1）直接檢波式接收電路 （2）高放式接收電路 （3）超再生式接收電路,1、直接放大式接收電路,1）直接檢波式接收電路,輸入調(diào)諧電路用來(lái)選擇所要接收的信號(hào)，將調(diào)諧回路的諧振頻率調(diào)整到與待接收的信號(hào)頻率相等，則只有該頻率的信號(hào)才在輸入回路中形成較大的電壓，然后進(jìn)行檢波和低放。其特點(diǎn)是沒(méi)有高頻放大環(huán)節(jié)，是一種最簡(jiǎn)單的無(wú)線電接收電路。這種電路適用于輸入信號(hào)較強(qiáng)的情況，例如接收本市無(wú)線電調(diào)幅廣播時(shí)，就可以采用這種接收方案,直接檢波式電路由接收天線、輸入調(diào)諧電路、檢波電路和低放電路組成，如圖所示,1、直接放大式接收電路,1）直接檢波式接收電路-實(shí)例,元器件型號(hào)、數(shù)值如下：C1型號(hào)為CBM

3、-223P，這是一只雙聯(lián)可變電容，圖4.2僅使用其中的一聯(lián)，VD1為2AP9，C2=100pF，C3=10F，C4=0.047F，C5=10F，C6=100F，C7=0.1F，C8=220F，C9=0.1F，R1=470k，R2=10，RP1=470k,喇叭阻抗8,集成功率放大電路LM386組成調(diào)幅廣播收音機(jī)的實(shí)際電路圖,1、直接放大式接收電路,2）高放式接收電路,用于近距離無(wú)線遙控時(shí)，發(fā)射電路離接收電路較近，來(lái)自接收天線的信號(hào)經(jīng)調(diào)諧回路選擇，選出特定頻率的已調(diào)信號(hào)，經(jīng)高頻放大電路放大，達(dá)到檢波電路所要求的幅度，經(jīng)檢波電路檢出基帶信號(hào)，最后經(jīng)低頻放大后輸出,高放式接收電路由天線、調(diào)諧電路、高頻

4、放大電路、檢波電路和低頻放大電路組成。與直接檢波式電路相比，增加了高頻放大電路，因此適用于輸入信號(hào)相對(duì)較弱的場(chǎng)合,1、直接放大式接收電路,2）高放式接收電路-實(shí)例,電路的特點(diǎn)是低電壓、低功耗，可用電池供電,電感L1為繞制在磁棒B上的線圈，C1為可變電容，型號(hào)CBM-223P（使用其中的一聯(lián)），RL為耳機(jī)，A1為收音機(jī)集成電路MK484,L1和C1組成頻率可調(diào)的諧振回路，頻率調(diào)節(jié)范圍即為中波廣播范圍。 接收到的高頻已調(diào)信號(hào)輸入MK484，經(jīng)高頻放大并檢波，從3腳輸出的即為音頻基帶信號(hào)，經(jīng)VT1組成的共射極放大電路放大，驅(qū)動(dòng)耳機(jī)發(fā)聲,4.2 混頻器原理及超外差式接收機(jī),返回,傳統(tǒng)直接式接收機(jī)的缺陷

5、,收音機(jī)、電視接收機(jī)等無(wú)線電接收設(shè)備（以下簡(jiǎn)稱(chēng)接收機(jī)），需要接收許多電臺(tái)發(fā)送來(lái)的高頻調(diào)制信號(hào)，若接收機(jī)將接收到的這些信號(hào)直接放大還原，將會(huì)出現(xiàn)靈敏度低、選擇性差、接收機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問(wèn)題，其主要原因有以下幾個(gè)方面,傳統(tǒng)直接式接收機(jī)的缺陷,1、接收機(jī)要能接收所有電臺(tái)，且還原出來(lái)的聲音、圖像質(zhì)量均好，若接收機(jī)把接收到的高頻信號(hào)直接放大還原，那么，接收機(jī)必須由幾十套回路組成，這樣接收機(jī)的體積將呈幾倍甚至十幾倍的增加，且電路設(shè)計(jì)制造和調(diào)整都困難,傳統(tǒng)直接式接收機(jī)的缺陷,2、高頻放大器增益較低，因?yàn)轭l率越高，放大器越不穩(wěn)定，只有適當(dāng)降低增益；對(duì)不同電臺(tái)發(fā)出的高頻信號(hào)難以實(shí)現(xiàn)多級(jí)放大，因?yàn)槊考?jí)放大器都需要調(diào)諧

6、，不方便且選擇性不高。因此，若接收機(jī)采用直接放大高頻信號(hào)的方式，不可能使接收機(jī)靈敏度、選擇性做得很好,超外差式接收機(jī)發(fā)展歷程,超外差原理最早是由E.H.阿姆斯特朗于1918年提出的。 這種方法是為了適應(yīng)遠(yuǎn)程通信對(duì)高頻率、弱信號(hào)接收的需要 這種接收方式的性能優(yōu)于高頻（直接）放大式接收，所以至今仍廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程信號(hào)的接收，并且已推廣應(yīng)用到測(cè)量技術(shù)等方面,超外差式接收機(jī),變頻電路,優(yōu)點(diǎn)： （1）對(duì)一個(gè)固定頻率進(jìn)行放大，容易獲得較大且穩(wěn)定的放大倍數(shù)，因而能提高接收電路的靈敏度； （2）中頻的頻率是固定的，采用陶瓷濾波器、聲表面波濾波器等性能優(yōu)良的器件，能顯著提高接收電路的選擇性； （3）增加自動(dòng)增益控

7、制（AGC）電路，使電路能用于接收各種不同強(qiáng)度的信號(hào)。 缺點(diǎn)： 電路復(fù)雜，且存在一種特有的干擾鏡像干擾，在討論變頻原理和電路時(shí)，我們將詳細(xì)介紹什么是鏡像干擾,超外差接收的優(yōu)缺點(diǎn),4.2.2 外接天線與輸入調(diào)諧電路的連接,1、直接耦合方式,直接將天線連接入輸入回路。由于天線與地之間形成的電容C0與LC回路相并聯(lián)，使回路Q(chēng)值下降并導(dǎo)致失諧，因此在實(shí)際接收電路中很少使用,4.2.2 外接天線與輸入調(diào)諧電路的連接,2、電容耦合方式,天線通過(guò)耦合電容C1與輸入回路相連接的方式稱(chēng)為電容耦合方式，如圖所示，電容C1的容量一般取1030P,因電容C1的容量取得小，與天線形成的電容C0串聯(lián)后減弱了天線對(duì)輸入回路

8、的影響。缺點(diǎn)是C1的容抗隨頻率變化，高頻端傳輸系數(shù)大，低頻端傳輸系數(shù)下降，影響低頻端信號(hào)接收,4.2.2 外接天線與輸入調(diào)諧電路的連接,3、電感耦合方式,電感耦合利用繞在磁棒上的電感線圈L1將無(wú)線信號(hào)耦合給調(diào)諧回路，如圖所示,電感耦合也存在傳輸系數(shù)隨信號(hào)頻率變化的問(wèn)題，低頻信號(hào)傳輸系數(shù)較大。不過(guò)電感耦合時(shí)傳輸系數(shù)隨頻率變化比較緩慢，因此這種耦合方式用得比較多,4.2.2 外接天線與輸入調(diào)諧電路的連接,4、電感-電容耦合方式,在電感耦合的同時(shí)再通過(guò)電容C1實(shí)現(xiàn)無(wú)線信號(hào)耦合，所形成的耦合方式稱(chēng)為電感-電容耦合方式，如圖所示,天線與調(diào)諧回路之間既有電容耦合，又有電感耦合，電感耦合對(duì)低頻信號(hào)傳輸有利，

9、電容耦合對(duì)高頻信號(hào)有利，綜合的結(jié)果，可以在整個(gè)接收范圍內(nèi)得到比較均勻的傳輸系數(shù),4.2.2 外接天線與輸入調(diào)諧電路的連接,三種耦合方式傳輸系數(shù)比較,電容耦合高頻端傳輸系數(shù)大，低頻端傳輸系數(shù)下降； 電感耦合低頻信號(hào)傳輸系數(shù)較大，不過(guò)電感耦合時(shí)傳輸系數(shù)隨頻率變化比較緩慢； 電感-電容耦合時(shí)傳輸系數(shù)變化最為平穩(wěn)，因此，在一些高性能的接收機(jī)中都采用這種耦合方式,混頻的作用 為使高頻信號(hào)經(jīng)頻率變換后所攜帶的有用信息保持不變，要求電路僅將高頻信號(hào)的各個(gè)頻率分量搬移至新的頻域，而各分量的頻率間隔和相對(duì)幅度保持不變，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為混頻,4.5.1 混頻器原理,1. 混頻器的變頻作用,混頻器是頻譜的線性搬移電路，

10、是一個(gè)三端口網(wǎng)絡(luò),本地振蕩信號(hào),一個(gè)中頻輸出信號(hào),兩個(gè)輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間的關(guān)系,的包絡(luò)形狀相同，頻譜結(jié)構(gòu)相同，只是填充頻譜不同，即，其中心頻率,其中,返回,休息1,休息2,uc (fc,uL (fL,uI (fI,有兩個(gè)輸入信號(hào),高頻調(diào)制波,混頻器是頻譜的線性搬移電路，完成頻譜線性搬移功能的關(guān)鍵是獲得兩個(gè)輸入信號(hào)的乘積項(xiàng)，具有這個(gè)乘積項(xiàng)，就可以實(shí)現(xiàn)所需的頻譜線性搬移功能,混頻器的一般結(jié)構(gòu)框圖,設(shè)輸入已調(diào)波信號(hào),那么兩信號(hào)的乘積項(xiàng)為,2. 混頻器的基本工作原理,本振信號(hào),則經(jīng)帶通濾波器的輸出為,仿真,uI,返回,uc,uL,休息1,休息2,1) 調(diào)幅(DSB為例,2）檢波,3）混頻,3. 振

11、幅調(diào)制、檢波與混頻器的相互關(guān)系,返回,仿真2,仿真1,仿真3,休息1,休息2,因?yàn)榛祛l器常作為超外差接收系統(tǒng)的前級(jí)，對(duì)接收機(jī)整機(jī)的噪聲系數(shù)影響大。 所以希望混頻級(jí)的 越小越好,1)變頻增益,變頻電壓增益,變頻功率增益,2)噪聲系數(shù),5.5.2 混頻器主要性能指標(biāo),3) 失真與干擾,變頻器的失真主要有,頻率失真,非線性失真,4.2.3 變頻電路,2、典型變頻電路識(shí)讀,1）自激式共射極變頻電路,L1、C1a、C2組成輸入諧振回路，天線與該回路間采用電感耦合方式，調(diào)節(jié)電容C1a，可選擇中波范圍內(nèi)的各個(gè)頻率，接收到的已調(diào)信號(hào)uAM(t)經(jīng)L2耦合輸入VT1的發(fā)射結(jié)回路,本振電壓由變頻管自身產(chǎn)生的，稱(chēng)為

12、自激式變頻電路,R1、R2是基極靜態(tài)偏置電阻，C3為高頻信號(hào)旁路電容，B1為磁棒,1）自激式共射極變頻電路,本振工作原理,本機(jī)振蕩電路由VT1、L4、C5、C1b、C6和L3組成,交流等效電路,L4、C5、C1b、C6組成諧振回路，決定本振頻率，L3為反饋線圈，這是一種變壓器反饋式振蕩電路，所形成的本地振蕩電壓u0(t)輸入VT1發(fā)射極與基極之間，與已調(diào)信號(hào)uAM(t)相串聯(lián),2）本振由晶體振蕩電路產(chǎn)生的變頻電路,與無(wú)線廣播信號(hào)不同，用于控制的接收電路常常只需要接收固定頻率的信號(hào)，這種情況下，變頻電路的本機(jī)振蕩可由晶體振蕩電路產(chǎn)生,本振電路由三極管VT2、晶振BC1、電容C2（容量12pF）、

13、C4（容量30pF）、L4等組成，這是典型的電容三點(diǎn)式振蕩電路,圖所示的是用于接收28MHz調(diào)幅信號(hào)的變頻電路，這種變頻電路的本地振蕩由獨(dú)立的晶體管VT2產(chǎn)生，因此屬它激式變頻電路,4.2.3 變頻電路,3、中頻的選擇,但是無(wú)線接收（或收發(fā)）芯片采用超外差接收方式時(shí)，不存在選用規(guī)范中頻放大電路的問(wèn)題，所使用的中頻一般會(huì)在說(shuō)明書(shū)中標(biāo)明。一些超外差式收音機(jī)集成電路還采用75kHz或更低的頻率作為中頻,由于各種頻率的中頻放大電路已經(jīng)規(guī)格化并形成產(chǎn)品，因此設(shè)計(jì)制造超外差接收電路時(shí)，中頻的選擇應(yīng)該盡可能符合規(guī)范，以便選用通用的中頻放大電路。常用的接收各種不同無(wú)線電信號(hào)時(shí)所使用的中頻頻率如表所示,4.2.

14、3 變頻電路,4、鏡像干擾,鏡像干擾與輸入回路的選擇性有關(guān)，選擇性好，鏡像干擾信號(hào)在輸入回路受到抑制，就難以進(jìn)入變頻電路形成干擾。但是，假如頻率fc1處正好有另一個(gè)電臺(tái)，其信號(hào)也很強(qiáng)，鏡像干擾就很難消除,本振頻率為f0時(shí)，如果輸入信號(hào)頻率比本振頻率低465kHz，即fc=f0465kHz，經(jīng)變頻后即可得到頻率為465kHz的中頻信號(hào)輸出。但是要注意，頻率比本振頻率高465kHz的信號(hào) fc1=f0+465kHz進(jìn)入變頻電路后與本振頻率f0之差也是465kHz，也能產(chǎn)生465kHz的中頻信號(hào)輸出。f0信號(hào)是我們希望接收的，fc1并不是我們所希望的信號(hào)，后者就成為干擾。這種干擾就稱(chēng)為鏡像干擾，它是

15、超外差式接收電路特有的干擾,提高鏡像干擾的方法：1、提高天線端濾波器的選擇性 2、采用高中頻,4.2.4 中頻放大電路,1、中頻放大電路的主要性能指標(biāo),2）選擇性 為提高接收電路的選擇性，中放電路也應(yīng)具有抑制鄰頻干擾信號(hào)的能力，這一能力即為中頻放大電路的選擇性。中頻放大電路的選擇性是接收電路整機(jī)選擇性的重要組成部分之一，和放大電路增益指標(biāo)一樣，一級(jí)中頻中頻放大電路的選擇性常達(dá)不到要求，為了獲得較好的選擇性，也需要采用多級(jí)中頻放大,1）中頻放大增益 檢波時(shí)，輸入信號(hào)應(yīng)有1V左右的幅度，因此中頻放大電路需要有較高的增益。用于接收廣播信號(hào)的收音機(jī)，中放電路增益需要5060dB；用于遙控的接收機(jī)，增益

16、常在70dB以上,4.2.4 中頻放大電路,1、中頻放大電路的主要性能指標(biāo),3）通頻帶 是指中頻放大電路能有效放大的信號(hào)頻率寬度，是一個(gè)反映電路頻率特性的重要指標(biāo)。為保證接收質(zhì)量，中頻放大電路的通頻帶一定要稍寬于已調(diào)信號(hào)的帶寬。根據(jù)第3章，可以列出各種調(diào)幅波的頻帶寬度如表4.2所示，由表可知，不同類(lèi)型調(diào)幅波的帶寬各有不同，因此，對(duì)于不同的調(diào)幅波，中頻通頻帶的要求也有所不同,2、調(diào)諧式中頻放大電路,常用的中頻放大電路有調(diào)諧式和集中選頻式放大電路兩大類(lèi)，調(diào)諧式中頻放大電路又分單調(diào)諧和雙調(diào)諧中頻放大電路，首先介紹單調(diào)諧中頻放大電路,典型的單調(diào)諧中頻放大電路如圖,2、調(diào)諧式中頻放大電路,單調(diào)諧放大電路

17、的主要特性指標(biāo)如下,1）增益,單調(diào)諧中頻放大電路增益為,式中n1、n2為中頻變壓器初次級(jí)繞組匝數(shù)比，稱(chēng)為接入系數(shù),2、調(diào)諧式中頻放大電路,2）通頻帶,調(diào)諧放大電路通頻帶定義為電壓放大倍數(shù)下降到最大值的0.707時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻寬，用符號(hào)BW0.7表示，如圖所示,這一通頻帶是按增益下降0.707（即下降3dB）來(lái)規(guī)定的，因此表示為BW0.7,單調(diào)諧放大電路通頻帶的公式為,f0為諧振回路的諧振頻率，QL為回路等效品質(zhì)因數(shù)，品質(zhì)因數(shù)高時(shí)幅頻曲線尖銳，通頻帶變窄,2、調(diào)諧式中頻放大電路,3）矩形系數(shù),中頻放大電路的選擇性常用矩形系數(shù)來(lái)表示。理想的中頻放大電路幅頻特性應(yīng)為寬度等于BW0.7的矩形,如圖中粗實(shí)

18、線所示，但實(shí)際上中頻放大電路的幅頻特性如細(xì)實(shí)線所示,為描述實(shí)際幅頻特性與理想幅頻特性曲線的差異，引入矩形系數(shù)的概念，定義中頻放大電路的矩形系數(shù)K0.1為電壓增益下降到其最大值10%時(shí)的頻帶寬度BW0.1與增益下降到最大值0.707時(shí)的頻帶寬度BW0.7的比值，即,理想幅頻特性曲線的矩形系數(shù)K0.1=1，用放大電路增益公式可以求出一級(jí)調(diào)諧放大電路的矩形系數(shù)K0.1=9.96,3、集中濾波選頻式中頻放大電路,除了選擇性較差之外，調(diào)諧式中放電路還存在電路元器件多、調(diào)整麻煩等缺點(diǎn)，因此不宜集成化。采用集中放大和濾波的集中濾波選頻式中放電路則可克服這些缺點(diǎn)，能在獲得高增益的同時(shí)有良好的選擇性，這種電路容

19、易集成化，因此已獲得廣泛的應(yīng)用,起放大作用的放大電路和起濾波選頻作用的濾波器是相互分離的，因此稱(chēng)為集中濾波選頻式中頻放大電路。由于常用的陶瓷濾波器或聲表面波濾波器與LC回路相比具有優(yōu)良的選頻特性，因此集中式濾波選頻電路在選擇性上也就明顯地優(yōu)于諧振式中頻放大電路,3、集中濾波選頻式中頻放大電路,1）聲表面波濾波器-結(jié)構(gòu)與原理,聲表面波濾波器簡(jiǎn)稱(chēng)SAWF，是英文Suface Acoustic Wave Filters的縮寫(xiě),原理：交變電信號(hào)輸入時(shí)，輸入換能器將其轉(zhuǎn)換為聲表面波，這一聲表面波沿壓電晶片傳播，到達(dá)輸出端后經(jīng)輸出換能器重新將聲波轉(zhuǎn)換為交變電壓輸出。由于特殊設(shè)計(jì)的壓電晶片只允許一定頻率范圍

20、的聲表面波通過(guò)，于是就只有該頻率范圍的輸入電信號(hào)才能在輸入端轉(zhuǎn)換為聲波，經(jīng)壓電晶體傳播并在輸出端重新轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，因此就使這樣的器件具有濾波特性，即只允許一定頻率范圍的信號(hào)通過(guò),3、集中濾波選頻式中頻放大電路,1）聲表面波濾波器-特性,典型的聲表面波濾波器頻率特性曲線如圖所示，這是一種用于電視圖像信號(hào)中頻放大的專(zhuān)用濾波器。這一頻率特性十分接近矩形，它允許頻率在31.5MHz38MHz范圍內(nèi)的信號(hào)順利通過(guò)（殘留邊帶調(diào)制的電視圖像信號(hào)正好在這一范圍），因此具有良好的選頻特性,3、集中濾波選頻式中頻放大電路,2）陶瓷濾波器 結(jié)構(gòu)與原理,壓電陶瓷片兩面涂銀層形成電極，底面的電極3是公共地電極，正面的1

21、為輸入極，2為輸出極，信號(hào)從1，3極之間輸入，2，3極之間輸出,原理：1，3腳間輸入交變信號(hào)時(shí)，該電壓被轉(zhuǎn)換為壓電陶瓷的機(jī)械振動(dòng)并傳播至輸出端，在輸出端，這一機(jī)械振動(dòng)重新轉(zhuǎn)換為交變電壓從2，3腳之間輸出。當(dāng)輸入信號(hào)的頻率等于壓電陶瓷片的諧振頻率時(shí)，由輸入電壓引起的機(jī)械振動(dòng)最強(qiáng)，從輸出端重新轉(zhuǎn)換出來(lái)的輸出電壓也最大,3、集中濾波選頻式中頻放大電路,2）陶瓷濾波器 特性,圖中所畫(huà)的是用于調(diào)頻廣播中頻放大電路的10.7MHz陶瓷濾波器，其3dB通頻帶寬度大于40kHz（即輸出衰減3dB時(shí)的通頻帶寬度,陶瓷濾波器和聲表面波濾波器一樣都具有體積小、成本低、品質(zhì)因數(shù)高、濾波特性和選擇性好、性能穩(wěn)定、無(wú)需調(diào)

22、諧、壽命長(zhǎng)和不受周?chē)姶艌?chǎng)等優(yōu)點(diǎn)，已得到廣泛的應(yīng)用,3、集中濾波選頻式中頻放大電路,3）典型集中濾波選頻式中放電路,由聲表面波濾波器組成的集中濾波選頻式中頻放大電路如圖所示，圖中ZF1為聲表面波濾波器，VT1組成共射極寬帶放大電路，來(lái)自天線的射頻信號(hào)與本振信號(hào)混頻后從基極輸入，集電極輸出，經(jīng)電容耦合至聲表面波濾波器ZF1，選頻濾波后輸出放大了的中頻信號(hào),3、集中濾波選頻式中頻放大電路,3）典型集中濾波選頻式中放電路,由陶瓷濾波器組成的中頻放大電路如圖所示，VT1和VT2是兩級(jí)共射極放大電路?；祛l后的信號(hào)經(jīng)電容C3耦合從VT1基極輸入，經(jīng)VT1放大后從集電極輸出至陶瓷濾波器CF1的輸入端。經(jīng)過(guò)濾波器CF1的濾波選頻，其輸出端輸出的是中頻信號(hào)，這一中頻信號(hào)輸入VT2基極作進(jìn)一步的放大。圖中陶瓷濾波器的型號(hào)為3L465，其頻率為465kHz，3dB帶寬4kHz，用于調(diào)幅廣播收音機(jī),4.2.5 AGC和AFC電路,1、AGC電路,由于不同頻率電臺(tái)的發(fā)射功率大小不等、接收機(jī)與與電臺(tái)之間的距離各不相同等原因，天線所接收到的信號(hào)強(qiáng)弱在很大范圍內(nèi)變化，為了獲得穩(wěn)定的音量，需要讓中頻放