超外差式調(diào)頻(FM)收音機(硬件部分)

1、學(xué)校代碼：10128學(xué)號： 201310203045課程設(shè)計報告（題目 ： 超外差式調(diào)頻（ FM）收音機（硬件部分）學(xué) 生 姓 名 ：學(xué)院 ： 信 息 工 程 學(xué) 院系別 ： 電 子 系班級 ： 電 子1 3 - 1指 導(dǎo) 教 師 ： 楊 玉 蘭二 一 六 年 一 月目 錄第一部分調(diào)頻收音機原理及電路組成1一、調(diào)頻收音機原理11 頻率調(diào)制12 調(diào)頻收音機原理2二、調(diào)頻收音機電路組成2三、調(diào)頻收音機主要芯片3（一）調(diào)頻高頻 /混頻電路TA7358AP3（二）中頻放大器MC13504（三）運算放大器TL0827（四）乘法器 MC14968（五）音頻功放LM3869第二部分調(diào)頻收音機的個單元電路設(shè)計

2、與電路功能驗證11一、 高頻及混頻電路設(shè)計與電路功能驗證11（一）高頻及混頻電路11（二）混頻數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)結(jié)果分析12二、中頻放大電路設(shè)計與電路功能驗證13（一）中頻放大電路13（二）中放數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)結(jié)果分析14三、鑒頻及低頻放大電路設(shè)計與電路功能驗證14（一）鑒頻及低頻放大電路設(shè)計14（二）鑒頻及低放數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)結(jié)果分析15第三部分單元電路級聯(lián)與收音機效果驗收16一、收音機效果驗收16三、課程設(shè)計體會及建議16第一部分調(diào)頻收音機原理及電路組成一、調(diào)頻收音機原理1 頻率調(diào)制調(diào)頻（ FM）是用音頻信號去調(diào)制高頻載波的頻率，使高頻載波的瞬時頻率隨調(diào)制信號而有規(guī)律的變化， 載波的幅度保持不變。 已調(diào)波頻率

3、變化的大小由調(diào)制信號的大小決定，變化的周期由調(diào)制信號的頻率決定。已調(diào)波的振幅保持不變。調(diào)頻波的波形，就像是個被壓縮得不均勻的彈簧，調(diào)頻波用英文字母FM表示。設(shè)調(diào)制信號為： U ( t)U m cost載波信號為： U C (t )U C cos C t調(diào)頻時，載波電壓振幅度 Ucm不變，而載波瞬時間頻率則隨調(diào)制信號規(guī)律變化，即為：t)CKfUt)C（ t）C (C式中C 為載波角頻率，又稱為調(diào)頻波中心頻率；K f 為比例常數(shù)表示載波頻率變化隨調(diào)制信號變化的程度大小。 其值由調(diào)頻電路決定，單位是弧度 / 秒伏（ rad/s v）；C (t)K f U (t) 為瞬時角頻率相對于中心頻率的頻率偏移

4、，簡稱頻偏。調(diào)頻后載波瞬時相位也會產(chǎn)生變化，其瞬時相位為t0t (t)dtc t k f 0tU (t)dtc t(t )式中， ct為未調(diào)頻時載波相位；tK ftU(t )dt 為調(diào)頻后，瞬時相位相對于ct 的相位偏移。0調(diào)頻波的數(shù)字表示式為U FMt U cos c tK f 0tU(t)dt根據(jù)上式可畫出調(diào)頻波的波形圖，如圖一所示。圖一調(diào)頻從調(diào)頻波形可見， 調(diào)頻波振幅保持不變。 調(diào)頻波的頻率跟隨信號的變化規(guī)律而改變。即當調(diào)制信號幅度最大時，調(diào)頻波最密， 頻率最大； 而當調(diào)制信號負的絕對值最大1時，調(diào)頻波最稀疏，頻率最低。調(diào)頻制無線電廣播多用超短波( 甚高頻 ) 無線電波傳送信號，使用頻率

5、約為87MHz-108MHz，主要靠空間波傳送信號。2 調(diào)頻收音機原理收音機的原理是把從天線接受到的高頻信號，經(jīng)檢波還原成音頻信號，送到揚聲器變成音波。 是把接收到的電臺高頻信號， 用一個變頻級電路將它轉(zhuǎn)化為頻率固定的中頻信號，然后再對這個中頻信號進行多級放大，再檢波，低放。由于不同頻率的無線電波用途較廣、 接受的電波較多，所以音頻信號就會互相干擾，導(dǎo)致音響效果不好，所以當要選擇所需的電臺并把不要的信號“濾掉”，以免產(chǎn)生干擾，所以在我們收聽廣播時，使用選臺按鈕。由于中頻固定，且頻率比高頻已調(diào)信號低，中放的增益可以做的較大， 工作較穩(wěn)定，通頻帶特性也可做的理想、這樣可以使檢波器獲得足夠大的信號，

6、從而使整機輸出音質(zhì)較好的音頻信號,所以中頻調(diào)諧放大電路可以做到選擇性好、增益高又不易自激。 這樣靈敏度和選擇性都可大幅度改善，而且可使整個波段接受靈敏度均勻。二、調(diào)頻收音機電路組成超外差式 FM 收音機原理框圖如圖二所示 ： 收音機通過調(diào)諧回路選出所需的電臺，送到變頻器與本機振蕩電路送出的本振信號進行混頻， 然后選出差頻作為中頻輸出（我國規(guī)定的 FM 中頻為 10.7MHZ ），中頻信號經(jīng)過檢波器檢波后輸出調(diào)制信號（低頻信號），調(diào)制信號（低頻信號）經(jīng)低頻放大、功率放大后獲得足夠的電流和電壓，即功率，再推動喇叭發(fā)出響的聲音。FM 廣播： 88108M天線混頻中頻濾波器高放調(diào)諧回中放鑒頻音頻功放路

7、耳機10.7M調(diào)節(jié)電壓本振98.7 118.7M圖二 FM 收音機原理框圖要求：闡述調(diào)頻收音機的工作過程，畫出各階段信號的波形及頻譜圖。（高頻、中頻、低頻）2三、調(diào)頻收音機主要芯片（一）調(diào)頻高頻 /混頻電路 TA7358AP1. TA7358芯片簡介TA7358在超外差式調(diào)頻（ FM）收音機中做調(diào)頻段高放/ 混頻電路。其性能、參數(shù)如下：單列直插 9 腳封裝 ;工作電壓 =1.6 6V, 最大值 =8V;電源電流 =5.2mA,靜態(tài)電流 =5.2mA;允許功耗 =500mW;本停振電壓 =0.9V;本振電壓 =150350mV;限幅靈敏度 =37dBu;變頻增益 =31dB,工作溫度 =-20

8、70, 貯存溫度 =-55 125。2. TA7358內(nèi)部電路分析1) 內(nèi)部框圖（英文）圖 1.3.1 TA7358 內(nèi)部框圖（英文）2) 內(nèi)部框圖（中文）圖 1.3.2 TA7358 內(nèi)部框圖（中文）33) 內(nèi)部電路圖 a圖 b圖 c4) 管腳用途分析為射頻輸入、外接旁路電容接地、為射頻輸出、為混頻輸入、接地、為混頻輸出、和外接本地振蕩，使得圖c 構(gòu)成電容三點式、接VCC（二）中頻放大器MC13501. MC1350 芯片簡介The MC1350 is an integrated circuit featuring wide range AGC for use as an IF amplif

9、ier in radio andTV over an operating temperature range of 0to +75C.Power Gain: 50 dB Typ at 45 MHZ 50 dB Typ at 58 MHZAGC Range: 60 dB Min, DC to 45 MHzNearly Constant Input & Output Admittance over the Entire AGC RangeY21 Constant (3.0 dB) to 90 MHzLow Reverse Transfer Admittance: 1.0mho Typ12 V Op

10、eration, SinglePolarity Power Supply4mc1350是集成電路具有寬范圍 AGC 作為中頻放大器在廣播和電視在 0 度范圍為 75 C.?功率增益：在 45 兆赫， 50 分貝典型在 58 兆赫， 50 分貝典型增益范圍： 60 分貝時，直流到 45 MHz幾乎恒定的輸入和輸出在整個AGC 范圍導(dǎo)納Y21 常數(shù)（ 3 分貝） 90 兆赫低的反向轉(zhuǎn)移導(dǎo)納： 112 伏操作，單電源供電2. MC1350 內(nèi)部電路分析1) 內(nèi)部電路圖 1.3.3 MC1350 內(nèi)部電路2) 管腳分析接電源 VCC、接電源 VCC、和為信號輸入、為增益輸入、接地、做輸出Q1、Q2管是

11、為 Q3、Q4、Q5、Q6提供靜態(tài)工作點，并且靜態(tài)工作點小，放大倍數(shù)小。兩個二極管構(gòu)成穩(wěn)壓管，使得三極管基極有穩(wěn)定電壓，從而與2.8K、5200、 200、2.8K 一起為 Q7、 Q8提供靜態(tài)工作點3) 外圍電路連接及分析圖 1.3.4 MC1350 外圍電路相關(guān)參數(shù)：The input amplifiers(Q1 and Q2) operateat constantemittercurrentsso that input impedanceremains independent of AGC action. Input signals may be applied singleended

12、ordifferentially (for ac)with identicalresults.Terminals4 and 6 may be driven from a transformer,but a dc path from eitherterminal to ground is not permitted.輸入放大器（Q1和 Q2）在恒定的發(fā)射極電流， 輸入阻抗是獨立的 AGC動作操作。輸入信號可應(yīng)用于單端或差分 （交流）相同的結(jié)果。端口 4 和 6 可由變壓器驅(qū)動，但不允許從端子到地面的直流路徑。6AGC action occurs as a result of an increas

13、ing voltage on the base of Q4 and Q5 causing these transistors to conduct more heavily thereby shunting signal current from the interstage amplifiers Q3 and Q6. The output amplifiers are supplied from an active current source to maintain constant quiescent bias thereby holding output admittance near

14、ly constant. Collector voltage for the output amplifier must be supplied through acenter tapped tuning coil to Pins 1 and 8. The 12 V supply (V+) at Pin 2 may be used for this purpose,AGC Amplifier Section Input Amplifier Section Bias Supplies Output Amplifier Section separate 15 V supply (V+ +) is

15、used, because the base voltage on the output amplifier varies with AGC bias.AGC動作發(fā)生的結(jié)果， 對造成這些晶體管 Q4和 Q5進行更多從而調(diào)車信號電流從中間級放大器 Q3和基地，提高電壓 Q6。輸出放大器提供從一個積極的電流源，以保持恒定的靜態(tài)偏置， 從而保持輸出導(dǎo)納幾乎恒定。 輸出放大器的集電極電壓必須通過一個中心抽頭調(diào)諧線圈引腳 1 和 8 提供。在 12 伏的電源（伏）在引腳 2 可用于此目的，但輸出導(dǎo)納保持更接近恒定的， 如果獨立的 15V 電源（V + +）的使用因為在輸出放大器的基極電壓與 AGC偏壓的

16、變化。（三）運算放大器TL0821. TL082 簡介TL082 是一種通用的 J-FET 雙運算放大器，其特點有：較低的輸入偏置電壓和偏移電流；輸出沒有短路保護； 輸出級具有較高的輸入阻抗； 內(nèi)建頻率補償電路；較高的壓擺率。最大的工作電壓： Vcc= 18V 。2. TL082 內(nèi)部電路及分析1) 引腳圖2) 內(nèi)部電路7圖 1.3.5 TL082 內(nèi)部電路圖（四）乘法器 MC14961. MC1496 簡介集成模擬乘法器是完成兩個模擬量 （電壓或電流） 相乘的電子器件， 在高頻電子線路中，振幅調(diào)制、同步檢波、混頻、倍頻、鑒頻、鑒相等調(diào)制與解調(diào)的過程，均可視為兩個信號相乘或包含相乘的過程。 采

17、用集成模擬乘法器實現(xiàn)上述功能比采用分離器件如二極管或三極管要簡單，而且性能優(yōu)越。2. MC1496 內(nèi)部電路及分析1) 內(nèi)部電路MC1496的內(nèi)部結(jié)構(gòu)8圖 1.3.6 MC1496 內(nèi)部電路圖以及引腳圖2) 電路分析MC1496是雙平衡四象限模擬乘法器。其內(nèi)部電路圖和引腳圖如圖1.3.6(a)(b)所示。其中 VT1 、VT2 與 VT3 、VT4組成雙差分放大器， VT5 、VT6 組成的單差分放大器用以激勵 VT1VT4 。VT7 、VT8及其偏置電路組成差分放大器 VT5 、VT6的恒流源。引腳 8與 10接輸入電壓 UX ， 1與 4 接另一輸入電壓 Uy ，輸出電壓 U0從引腳 6與

18、 12輸出。引腳 2與 3外接電阻 RE，對差分放大器 VT5 、VT6 產(chǎn)生串聯(lián)電流負反饋，以擴展輸入電壓 Uy的線性動態(tài)范圍。 引腳 14 為負電源端（雙電源供電時） 或接地端（單電源供電使） ，引腳 5 外接電阻 R5 。用來調(diào)節(jié)偏置電流 I5 及鏡像電流 I0 的值。（五）音頻功放 LM3861. LM386 簡介LM386 是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、更新內(nèi)鏈增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點的功率放大器， 廣泛應(yīng)用于錄音機和收音機之中。 LM386 主要應(yīng)用于低電壓消費類產(chǎn)品。為使外圍元件最少 ,電壓增益內(nèi)置為 20。但在 1 腳和 8 腳之間增加一

19、只外接電阻和電容 ,便可將電壓增9益調(diào)為任意值 ,直至 200。輸入端以地位參考 ,同時輸出端被自動偏置到電源電壓的一半 ,在 6V 電源電壓下 ,它的靜態(tài)功耗僅為 24mW,使得 LM386 特別適用于電池供電的場合。2. LM386 內(nèi)部電路及分析1) 內(nèi)部電路2) 電路分析第一級為差分放大電路， T1 和 T3 、T2 和 T4 分別構(gòu)成復(fù)合管，作為差分放大電路的放大管； T5 和 T6 組成鏡像電流源作為 T1 和 T2 的有源負載； T3和 T4 信號從管的基極輸入，從 T2 管的集電極輸出，為雙端輸入單端輸 出差分電路。使用鏡像電流源作為差分放大電路有源負載， 可使單端輸出電路的增

20、益近似等于雙端輸出電容的增益。第二級為共射放大電路，T7 為放大管，恒流源作有源負載，以增大放大倍數(shù)。第三級中的 T8 和 T9 管復(fù)合成 PNP 型管，與 NPN 型管 T10 構(gòu)成準互補輸出級。二極管D1 和 D2為輸出級提供合適的偏置電壓，可以消除交越失真。引腳 2 為反相輸入端，引腳3 為同相輸入端。電路由單電源供電，故為OTL 電路。輸出端（引腳5 ）應(yīng)外接輸出電容后再接負載。電阻 R7 從輸出端連接到T2 的發(fā)射極，形成反饋通路，并與R5 和 R6 構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，從而引入了深度電壓串聯(lián)負反饋， 使整個電路具有穩(wěn)定的電壓增益。引腳 2 為反相輸入端， 3 為同相輸入端；引腳 5 為輸

21、出端；引腳 6 和 4 分別為電源和地；引腳 1 和 8 為電壓增益設(shè)定端；使用時在引腳 7 和地之間接旁路電容，通常取 10 F。 查 LM386 的 datasheet ，電源電壓 4-12V 或 5-18V(LM386N-4) ；靜態(tài)消耗電流為 4mA ；電壓增益為 20-200dB ；在 1 、8 腳開路時，帶寬為 300KHz ；輸入阻抗為 50K ；音頻功率 0.5W 。 盡管 LM386 的應(yīng)用非常簡單，但稍不注意，特別是器件上電、斷電瞬間，甚至工作穩(wěn)定后，10一些操作（如插拔音頻插頭、旋音量調(diào)節(jié)鈕）都會帶來的瞬態(tài)沖擊，在輸出喇叭上會產(chǎn)生非常討厭的噪聲。第二部分調(diào)頻收音機的個單元

22、電路設(shè)計與電路功能驗證一、高頻及混頻電路設(shè)計與電路功能驗證（一）高頻及混頻電路1) 電路設(shè)計圖 2.1.1 高頻及混頻電路2) 電路分析及相關(guān)參數(shù)計算信號從端輸入輸出經(jīng)LC 選頻后再經(jīng)過端輸入到TA7358里面，與端輸入的本地振蕩信號進行混頻，由端輸出。其中本地振蕩電路是由C19、CC3、L3 等效成一個變阻電感與圖C 構(gòu)成電容三點式（如圖2.1.3所示）使之發(fā)生振蕩，并通過 TP3 觀察本地振蕩信號的變化，其中N1 在電路中是為了方便示波器觀察而進行的放大作用。變壓器與陶瓷晶振配合使得脈沖信號更加精準。從TP7處即可看到混頻后輸出的波形，就像是個被壓縮得不均勻的彈簧。其頻率約為10.7MHz

23、。11圖 2.1.2示波器測混頻輸出波形圖 2.1.2 本地振蕩等效電路（二）混頻數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)結(jié)果分析表 1 混頻電路實測數(shù)據(jù)表本地振蕩頻本地振蕩幅已調(diào)波頻率已調(diào)波幅率度度100MHz49.2mv10.66MHz78.4mv101.5MHz50.8mv10.57MHz46.8mv103.6MHz51.2mv10.59MHz63.6mv104.2MHz52.8mv10.53MHz12.6mv12107MHz54.4mv10.53MHz52mv108.7MHz54.8mv10.82MHz35.6mv117.7MHz46.8mv10.42MHz64.8mv114.9MHz49.2mv10.64MHz7

24、6mv117.6MHz38mv10.64MHz25.2mv118.3MHz42mv10.58MHz9.52mv由數(shù)據(jù)分析可知本地振幅最大的時候其頻率為108.7MHz，而聲音最大的時候在本地振蕩為 100MHz，究其原因，分析如下：為了實現(xiàn)混頻功能， 混頻器件必須工作在非線性狀態(tài)， 而作用在混頻器上的除了輸入信號電壓 V S 和本振電壓 V L 外，不可避免地還存在干擾和噪聲。它們之間任意兩者都有可能產(chǎn)生組合頻率， 這些組合信號頻率如果等于或接近中頻，將與輸入信號一起通過中頻放大器、解調(diào)器，對輸出級產(chǎn)生干涉，影響輸入信號的接收。干擾是由于混頻器不滿足線性時變工作條件而形成的，因此不可避免地會產(chǎn)

25、生干擾，其中影響最大的是中頻干擾和鏡象干擾。二、中頻放大電路設(shè)計與電路功能驗證（一）中頻放大電路1. 電路設(shè)計圖 2.2.1中頻放大電路2. 電路分析信號從 TP2輸入，經(jīng)陶瓷晶振濾波后從端輸入， 端為增益輸入， 經(jīng) MC1350 進行中頻放大后從端輸出，在 TP5處可以觀察到波形。13（二）中放數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)結(jié)果分析表 2 中放電路實測數(shù)據(jù)表 ( f 010.7MHz )中頻輸出有載輸入輸出有增益的輸出放大倍數(shù)15mv8.4mv72.8mv472mv4.8525mv13mv142mv4142mv5.6835mv17mv204mv4204mv5.8345mv20.8mv284mv4282mv6.3

26、155mv23mv358mv4360mv6.5165mv28mv420mv4424mv6.4675mv33.6mv488mv4488mv6.90685mv38mv500mv4500mv5.8895mv42mv508mv4508mv5.347105mv45.2mv496mv4632mv4.72115mv46.8mv512mv4656mv4.45125mv52.8mv516mv4680mv4.128150mv62.4mv496mv4712mv3.306170mv67.2mv488mv4920mv190mv78mv496mv4936mv210mv88mv512mv4960mv310mv128mv51

27、2mv4990mv根據(jù)數(shù)據(jù)可選出最佳中頻輸出幅度為4595mv之間。三、鑒頻及低頻放大電路設(shè)計與電路功能驗證（一）鑒頻及低頻放大電路設(shè)計1. 電路設(shè)計圖 2.3.1鑒頻電路14圖 2.1.1低頻放大電路圖2. 電路分析中放后的信號從 TP1 出輸入，其走向為一端輸入至MC1496 的 10 端，一端經(jīng)過移相 90 度后從 MC1496 的 1 端輸入，其鑒頻輸出端為 12 端， 12 端后接了一個濾波電路和放大電路，是對鑒頻后的信號進行進一步的加工處理。其C11是為了濾除高頻信號， C12形成一個反饋網(wǎng)絡(luò)，主要是使得 TL082 輸出的中頻信號反饋回去，以此循環(huán)，這樣 TL082 的 7 端得

28、到的就是低頻的音頻信號了。再通過放大從 TP5 輸出。TP5 輸出的低頻音頻信號又在低頻放大電路圖中的TP6 處輸入， W1為音量調(diào)節(jié)旋鈕。通過 LM386進行低放，從 5 端輸出， TP8處為最終的聲波，這就是我們收到的臺。（二）鑒頻及低放數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)結(jié)果分析表 3 鑒頻及低放中測最佳功率 ( f 010.7MHz )射頻輸入解調(diào)輸出振幅解調(diào)輸出頻率功放輸出振幅功率27.6mv6mv1.773khz56mv35.6mv9.8mv1.748khz190mv45.2mv15.8mv1.786khz212mv55.2mv23.2mv1.767khz360mv63.2mv29.6mv1.767khz4

29、08mv76.8mv42.8mv1.786khz608mv87.2mv56mv1.767khz728mv28mv(能找到波形 , 最小音量 ) 0.02mw100mv70.4mv1.767khz142mv(最佳音量 )0.63mw1v31.2mw1.58v( 音量最大 )78mw經(jīng)過實際測量，我們找出在 100mv 射頻時能找到音量最佳時候的輸出振幅為142mv，此時算出的耳機的功率為 0.63mw（實驗時耳機選用的是手機配置耳機，阻值約 16）15第三部分單元電路級聯(lián)與收音機效果驗收一、收音機效果驗收表 4 收音機收臺結(jié)果本振幅度（ mv）本振頻率（ MHz）臺頻率（ MHz）臺名實際臺頻率（ MHz）24.8119109.3呼市交通臺107.424.8116.9104.2中央鄉(xiāng)村之聲104.427.2114103.3中央經(jīng)濟之聲103.429.6113.1102.4內(nèi)蒙評書曲藝102.830.8109.599.8中央音樂之聲99.145.6108.998.2土默特左旗敕勒川之聲98.545.6107.897.1中