超外差式調(diào)幅接收機(jī)課程設(shè)計(jì)

1、吉林建筑大學(xué)電氣與電子信息工程學(xué)院高頻電子線路課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目：超外差調(diào)幅接收機(jī)設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)：電子信息工程 111學(xué)生姓名：樊 海 燕學(xué)號(hào)：10211137指導(dǎo)教師：王超高曉紅設(shè)計(jì)時(shí)間：2014.12.082013.12.19教師評(píng)語(yǔ)：（一）設(shè)計(jì)題目超外差調(diào)幅接收機(jī)設(shè)計(jì)（二）目的、內(nèi)容及要求1. 設(shè)計(jì)內(nèi)容（ 1）、掌握超外差調(diào)幅接收機(jī)原理；（ 2）、設(shè)計(jì)接收機(jī)的各個(gè)單元電路，畫出單元電路圖；（ 3）、應(yīng)用 EDA軟件（ multisim 軟件）對(duì)所設(shè)計(jì)電路進(jìn)行仿真驗(yàn)證。（ 4）、總電路圖技術(shù)指標(biāo) : 接收頻率范圍 535 1605KHz，輸出功率 150mW，靈敏度 50V。2. 設(shè)計(jì)目的

2、與要求（ 1）、聯(lián)系課堂所學(xué)知識(shí)，增強(qiáng)查閱、收集、整理、吸收消化資料的能力，為畢業(yè)設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。（ 2）、培養(yǎng)一定的獨(dú)立分析問(wèn)題、 解決問(wèn)題的能力。 對(duì)設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題能通過(guò)獨(dú)立思考、查閱有關(guān)資料，尋找解決問(wèn)題的途徑。（ 3）、熟練掌握 Multiuse 、MATLAB、 System View 等軟件的仿真（ 4）、掌握超外差調(diào)幅接收機(jī)的工作原理， 以及對(duì)其電路模塊高頻小信號(hào)放大器、 混頻器、本地振蕩器、中頻放大器、 檢波器、低頻放大器等的電路、 原理、功能的鞏固理解。（三）工作原理超外差式接收機(jī)的核心是混頻器部分。 混頻器的作用是將收到的不同的載波頻率轉(zhuǎn)變?yōu)楣潭ǖ闹蓄l。這種作用就是所謂的外差

3、作用，這也是超外差式接收機(jī)名稱的由來(lái)。由于中頻是固定的，因此中頻放大器的選著性與增益與接收機(jī)的載波頻率無(wú)關(guān)。這就克服了直接放大式的缺點(diǎn)。超外差式接收機(jī)能夠大大提高接收機(jī)的增益、靈敏度和選擇性。因?yàn)椴还茈娕_(tái)信號(hào)頻率如何都變成為中頻信號(hào)， 然后都能進(jìn)入中頻放大級(jí)， 所以對(duì)不同頻率電臺(tái)都能夠進(jìn)行均勻地放大。 中放的級(jí)數(shù)可以根據(jù)要求增加或減少，更容易在穩(wěn)定條件下獲得高增益和窄帶頻響特性。 此外，由于中頻是恒定的， 所以不必每級(jí)都加入可變電容器選擇電臺(tái)，避免使用多聯(lián)同軸可變電容器，而只需在調(diào)諧回路和本振回路用一只雙連可變電容器就可完成選臺(tái)。超外差電路的典型應(yīng)用是超外差接收機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是： (1) 容易得到

4、足夠大而且比較穩(wěn)定的放大量。 (2) 具有較高的選擇性和較好的頻率特性。 (3) 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，超外差接收機(jī)已經(jīng)可以單片集成。1（四）總體方案超外差式調(diào)幅接收機(jī)，整個(gè)電路由六部分組成， 分別為高頻小信號(hào)放大、 混頻、本振、中頻放大、檢波、低頻放大。（ 1）高頻小信號(hào)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，高頻小信號(hào)放大所放大的對(duì)象是已調(diào)信號(hào)， 它除載頻信號(hào)外還有邊頻分量。 運(yùn)用并聯(lián)諧振回路作為負(fù)載。（ 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)

5、幅電路中，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)。 混頻器和本振放在一起叫做變頻器。（ 4）中頻放大：如果外來(lái)信號(hào)和本機(jī)振蕩相差不是預(yù)定的中頻，就不可能進(jìn)入放大電路。因此在接收一個(gè)需要的信號(hào)時(shí)， 混進(jìn)來(lái)的干擾電波首先就在變頻電路被剔除掉， 加之中頻放大電路是一個(gè)調(diào)諧好了的帶有濾波性質(zhì)的電路，所以接收機(jī)的選擇性指標(biāo)很高。 超外差式接收機(jī)能夠大大提高收音機(jī)的增益、 靈敏度和選

6、擇性。因?yàn)椴还茈娕_(tái)信號(hào)頻率如何都變成為中頻信號(hào)， 然后都能進(jìn)入中頻放大級(jí)， 所以對(duì)不同頻率電臺(tái)都能夠進(jìn)行均勻地放大。 中放的級(jí)數(shù)可以根據(jù)要求增加或減少， 更容易在穩(wěn)定條件下獲得高增益和窄帶頻響特性。 此外，由于中頻是恒定的， 所以不必每級(jí)都加入可變電容器選擇電臺(tái)， 避免使用多聯(lián)同軸可變電容器， 而只需在調(diào)諧回路和本振回路用一只雙連可變電容器就可完成接收。（ 5） 檢波：將音頻信號(hào)或視頻信號(hào)從高頻信號(hào)( 無(wú)線電波 ) 中分離出來(lái)叫解調(diào)也叫檢波。檢波分為同步檢波和包絡(luò)檢波。（ 6） 低頻放大：一般從檢波電路輸出的信號(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。一般采用運(yùn)算放大器進(jìn)

7、行放大。（五）單元電路設(shè)計(jì)1、高頻小信號(hào)放大器高頻放大器是用來(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)。2對(duì)高頻放大器的主要要求是:(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

8、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(guò)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。圖 1 高頻小信號(hào)放大電路圖 1中 LN及C N為中和元件。在高頻時(shí)，為了抵消Cdg之反饋，采用了N 及C N。當(dāng)LwL1 wCwL （即LN 及C N串聯(lián)的諧振頻率低于工作頻率w ， N 于CN之路呈感性）NNeL且等效電感 Le 之感抗值 wLe 與 1 wC dg 相等時(shí)，則

9、 I N 與 I r 數(shù)值相等，符號(hào)相反，互相抵消。調(diào)節(jié) CN 可使 wLe =1 wCdg 。Cds 為漏極輸出電容， Cds C CT 2 CM 與 L 諧振，其諧振電阻為 R0 , 將 Ri 與 R0 =Q0 w0L 合并為 k0 U 0 U gs gm R0 L ( R0L Ri / R0 ) ，便得諧振時(shí)的輸出電壓為U 0gmU gs R0L3于是電壓增益為U 0k0gm R0 LU gs對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管， 主要關(guān)心電壓增益， 至于功率增益， 由于放大器的輸入電流很小， 輸入端就不消耗什么功率，因而功率增益很高，于是功率增益便不太重要。本次設(shè)計(jì)的高頻放大電路運(yùn)用的核心器件是場(chǎng)效應(yīng)管。場(chǎng)效應(yīng)

10、管放大器有以下優(yōu)點(diǎn)：（ 1） 場(chǎng)效應(yīng)管柵流小，輸入阻抗高， Kp 大。（ 2） 放大時(shí)工作在 i ds 幾乎不隨 uds 改變的區(qū)域，輸出阻抗高。（ 3） 因輸入輸出阻抗高， 故回路可直接與管子相連， 而不一定要經(jīng)過(guò)阻抗變換器。 當(dāng)然，在頻率相當(dāng)高時(shí)，因輸入輸出阻抗急劇下降， 并且為了匹配， 場(chǎng)效應(yīng)管亦應(yīng)通過(guò)阻抗變換網(wǎng)絡(luò)與回路相連。（ 4） 內(nèi)部反饋比晶體管小。 這是因?yàn)榉答亴?dǎo)納比普通晶體管的小。在頻率很高時(shí)， 通過(guò) Cdg 的反饋較大，這時(shí)可用中和法消除 Cdg 的影響。（ 5） 場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性為平方曲線，不產(chǎn)生包絡(luò)失真、交叉調(diào)制、三階互調(diào)，阻塞電平可達(dá) 3-4V。當(dāng)然，實(shí)際特性不可能是

11、理想平方曲線，因而總會(huì)有些失真，不過(guò)他比一般的晶體管要小的多。（ 6） 噪聲系數(shù)小。圖 2 高頻小信號(hào)放大的仿真結(jié)果42、混 器混 器是一個(gè) 路， 一般用相乘器， 高 放大 路和本地振 路的 出信號(hào)加到混 器的 入端， 得到一個(gè)差 。 回路的 出， 入混 的是高 制信號(hào)，即 波與其攜 的 制信號(hào)。 混 ， 出 波的波形 得很稀疏其 率降低了， 但音 信號(hào)的形狀沒(méi)有 。 通常將 個(gè) 程 ( 混 和本振的作用 ) 叫做 。從 點(diǎn)上來(lái)看，混 的作用就是將已 波的 不失真的從f c 的位置上，因此，混 路是一種典型的 搬移 路，可用相乘器和 通 波器來(lái) 種搬移?；?路的原理是： 把本機(jī)振 生的高 等幅

12、振 信號(hào)f 1，與 入回路 出來(lái)的廣播 臺(tái)的高 已 波信號(hào)f 2 同 加到非 性元件的 入端。利用元件的非 性作用（晶體管的非 性作用） 行混 ?；?果： 出 率 f 1、f 2 以及 率 f 1 + f 2 、f 1 f 2 、高次 波等多種信號(hào)。在 中采用晶體三極管混 器， 晶體三極管 型混 器的 點(diǎn)是工作 ， 可達(dá)到幾千兆赫， 噪聲系數(shù)低， 混 失真小， 范 等， 但其主要缺點(diǎn)就是沒(méi)有混 增益。由于混 器 于接收機(jī)的前端， 它的噪聲 平高低 整機(jī)有 大的影響， 因此要求混 器的噪聲系數(shù)越小越好。 由于混 依靠非 性特性來(lái)完成， 因此在混 程中會(huì) 生各種非 性干 ， 如 合 率， 交叉 制

13、，互相 制等干 。 些干 將會(huì) 重的影響通信 量，因此要求混 路 此 能有效的抑制。圖 3 混 路5圖 4 混頻仿真結(jié)果圖 5 混頻仿真結(jié)果63、本地振蕩器本振電路采用改進(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)。圖 6 本地振蕩器電路圖 7 本地振蕩器信號(hào)仿真結(jié)果74、中頻放大器超外差接收機(jī)中的中頻放大器是一種頻帶較寬的諧振放大器。

14、 中頻放大器采用諧振回路作負(fù)載，其諧振曲線接近理想曲線矩形處。 這對(duì)超外差接收機(jī)的中放來(lái)說(shuō)是完全必要的，因中放任務(wù)之一是削弱鄰近干擾， 而鄰近干擾頻率離信號(hào)很近， 變頻之后，離中頻放大器就很近，若中放的諧振曲線不好，便難以削弱。中頻放大的作用有兩個(gè)主要作用： （ 1）提高增益，因中頻低于信號(hào)頻率，晶體管的 y 參數(shù)及回路諧振電阻等較大， 因此易于獲得較高的增益。 差外差接收機(jī)檢波前的總增益主要取決于中放。（2）抑制鄰近干擾。對(duì)中放的主要求是工作穩(wěn)定，失真小，增益高，選擇性好，有足夠?qū)挼耐l帶。對(duì)于高放，因工作頻率 f0 高，通頻帶 B f0 / QL 寬，故高放回路的 Q值越高越好，這時(shí)不必顧

15、慮 B 太窄的問(wèn)題； 但對(duì)于中放， 由于工作頻率較低， 若回路 Q值過(guò)高，頻帶可能太窄而不能通過(guò)全部信號(hào)分量， 故希望他在要求的通頻帶條件下選擇性越高越好， 也就是要求諧振曲線接近矩形。 實(shí)際諧振曲線很難做到理想矩形， 為了衡量實(shí)際諧振曲線接近矩形的程度，引入矩形系數(shù)kr2f 0.1 ，式中 2 f0.707 為通頻帶。2 f 0.707圖 8 中頻放大電路8圖 9 中頻放大仿真結(jié)果5、包絡(luò)檢波器把信號(hào)從中頻放大輸出的載波中解調(diào)出來(lái)， 需要用到檢波電路。 檢波器包括同步檢波器和包絡(luò)檢波器。 本次設(shè)計(jì)采用包絡(luò)檢波器。 包絡(luò)檢波器的質(zhì)量指標(biāo)是： 電壓傳輸系數(shù)、等效輸入電阻、失真等都要在電路中仿真中

16、考慮。圖 10 檢波電路9檢波電路如圖 10 所示。電路圖是二極管峰包絡(luò)檢波器， D1是檢波二極管， C1是檢波電容，其中檢波電容通高頻阻低頻，而 R2 是直流負(fù)載電阻。電路中調(diào)制指數(shù) m=0.8，輸入信號(hào)的載波頻率是 465KHZ，幅值是 0.2V ，調(diào)制信號(hào)頻率 60KHZ。圖 11 檢波電路仿真結(jié)果6、低頻放大器從檢波器解調(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12 所示：圖 12 低頻放大電路10圖 13 低頻放大器仿真結(jié)果（六）系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真分析系統(tǒng)工作流程：空間有許許多多電臺(tái)發(fā)送的電磁波， 它們都有自己的固定頻率

17、， 收音機(jī)通過(guò)天線和由電感線圈和可變電容器組成的諧振電路 （稱調(diào)諧電路）來(lái)選擇性的接收所需高頻信號(hào)。由調(diào)諧電路所選擇出的所需要的電臺(tái)信號(hào)是已調(diào)幅的高頻信號(hào)， 并且十分微弱， 需要先經(jīng)過(guò)高頻小信號(hào)放大器進(jìn)行放大處理， 再經(jīng)過(guò)變頻器 （混頻器和本振） 將高頻信號(hào)變?yōu)轭l率為 465KHz的中頻信號(hào)，這是超外差式收音機(jī)的核心部分，由于它是調(diào)制信號(hào)，喇叭無(wú)法將這種信號(hào)直接還原成為聲音，因此，必須從高頻信號(hào)中把音頻信號(hào)分離出來(lái)，這個(gè)分離過(guò)程被稱為解調(diào)，或檢波。在收音機(jī)中，檢波是由半導(dǎo)體器件二極管或三極管來(lái)完成。 調(diào)幅的高頻信號(hào)經(jīng)檢波還原出音頻信號(hào)， 再經(jīng)過(guò)低頻功放然后送往喇叭， 喇叭將音頻信號(hào)還原為聲音。

18、 收音機(jī)接收天線將廣播電臺(tái)播發(fā)的高頻的調(diào)幅波接收下來(lái)， 通過(guò)變頻級(jí)把外來(lái)的各調(diào)幅波信號(hào)變換成一個(gè)低頻和高頻之間的固定頻率 465KHz（中頻），然后進(jìn)行放大，再由檢波級(jí)檢出音頻信號(hào)，送入低頻放大級(jí)放大，推 動(dòng)喇叭發(fā)聲。而不是把接收天線接收下來(lái)的高頻調(diào)幅波直接放大去檢出音頻信號(hào)（直放式） 。超外差式收音機(jī)由輸入回路高放混頻級(jí)、一級(jí)中放、二級(jí)中放、前置低頻放大器兼檢波級(jí)、低放級(jí)和功放級(jí)等部分組成，接受頻率范圍為 535KHZ1605KHZ的中波段。系統(tǒng)原理圖見(jiàn)附錄二11（七）總結(jié)與體會(huì)緊張而又繁忙的高頻電子線路課程設(shè)計(jì)過(guò)去了，通過(guò)這兩周的課程設(shè)計(jì)的實(shí)習(xí)中,使我受益匪淺。這次實(shí)訓(xùn)，使我真正的意識(shí)到自

19、己對(duì)高頻電子線路相關(guān)知識(shí)的缺乏以及動(dòng)手能力的欠缺。沒(méi)有實(shí)踐，再好的理論也沒(méi)有用。設(shè)計(jì)電子線路最重要的一個(gè)方面就是要認(rèn)真；其次是要有耐心， 勇于克服困難， 不斷解決問(wèn)題，面對(duì)困難要永不退縮， 迎難而上； 再次是要有清晰的思維，能夠理清各個(gè)器件之間的關(guān)系， 明確各個(gè)器件的功能； 最后還要和同學(xué)多交流合作， 多參考書籍。 通過(guò)這次高頻電子線路課程設(shè)計(jì)， 我了解并發(fā)現(xiàn)了很多設(shè)計(jì)電路的方法， 而且懂得了如何處理錯(cuò)誤的方法。擁有足夠的耐力和信心，對(duì)課程設(shè)計(jì)每一步的順利進(jìn)行極其重要高頻是一門比較難學(xué)的課程，相對(duì)來(lái)說(shuō) , 高頻的課程設(shè)計(jì)也是不容易做的。電路的頻率很高，平時(shí)電路中很多不用考慮的東西現(xiàn)在都會(huì)影響電

20、路的性能， 所以電路在選擇原件及布局是時(shí)候都要很細(xì)心考慮?；仡櫰鸫苏n程設(shè)計(jì)， 至今我仍感慨頗多， 從理論到實(shí)踐， 在這段日子里， 可以說(shuō)得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)， 讓我對(duì)調(diào)幅接收機(jī)各種電路都有了大概的了解，我深刻體會(huì)到實(shí)際動(dòng)手操作與動(dòng)腦看書學(xué)理論的天壤之別，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的， 只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)， 從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)中遇到很多困難， 都通過(guò)上網(wǎng)和查找書本相關(guān)內(nèi)容而慢慢解決了， 每當(dāng)解決一個(gè)困難都會(huì)感覺(jué)到一次快樂(lè)， 慢慢體會(huì)到枯燥的東西用心做好了也是一種快樂(lè)， 苦中尋樂(lè)。在課程設(shè)計(jì)當(dāng)中，我主要應(yīng)用 multisim 軟件了，使得軟件應(yīng)用更加熟練了；另外對(duì) word 排版也有了認(rèn)識(shí)，為以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下了很好的基礎(chǔ)（八）參考文獻(xiàn)1 胡宴如 .高頻電子線路 .北京 : 高等教育出版社 , 2007 年.2 于洪珍 .通信電子線路 .北京 : 清華大學(xué)出版社 , 2008 年.3 高吉祥 .高頻電子線路 .北京 : 電子工業(yè)出版社 , 2007 年.4 曾興雯等主編高頻電路原理與分析西安電子科技大學(xué)出版社，2004 年5 張肅文 .高頻電子線路高等教育出