調(diào)頻收音機(jī)設(shè)計(jì)仿真報(bào)告

1、一、緒論調(diào)頻收音機(jī)（ FMRadio ）無(wú)論過去還是現(xiàn)在一直在人們的生活?yuàn)蕵分姓加蟹?常重要的地位。 從老式的晶體管收音機(jī)到今天的網(wǎng)絡(luò)收音機(jī)， 說明通過廣播享受 生活一直是人們喜歡的生活方式。聽收音機(jī)和看電視一樣，可以增長(zhǎng)很多知識(shí)， 而且像有聲小說這樣的讀物在電視里是聽不到的， 并且現(xiàn)在廣播的發(fā)展速度也很 快，曲藝、歌曲、體育、文藝、評(píng)論等等，可以說包羅萬(wàn)象。目前調(diào)頻式或調(diào)幅式收音機(jī)，一般都采用超外差式，因?yàn)樗腥缦聝?yōu)點(diǎn)：1. 由于變頻后為固定的中頻， 頻率比較低， 容易獲得比較大的放大量， 因此 收音機(jī)的靈敏度可以做得很高。2. 由于外來高頻信號(hào)都變成了一種固定的中頻，這樣就容易解決不同電臺(tái)

2、 信號(hào)放大不均勻的問題。3. 由于采用 差頻作用，外來信號(hào)必須和振蕩信號(hào)相差為預(yù)定的中頻才能 進(jìn)入電路，而且選頻回路、 中頻放大諧振回路又是一個(gè)良好的濾波器， 其他干擾 信號(hào)就被抑制了，從而提高了選擇性。但是超外差式電路也有不足之處， 會(huì)出現(xiàn)鏡頻干擾和中頻干擾， 這二個(gè)干擾 是超外差式收音機(jī)所特有的干擾。這在設(shè)計(jì)電路和調(diào)試時(shí)應(yīng)該設(shè)法減少這些影 響。本次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)并制作一個(gè)調(diào)頻收音機(jī)， 使收音機(jī)的調(diào)頻部分實(shí) 現(xiàn)88MH公108MH調(diào)頻廣播接收；并且完成電路設(shè)計(jì)，相關(guān)參數(shù)計(jì)算；完成各模 塊仿真，并提供仿真報(bào)告；完成印刷電路板設(shè)計(jì)、制作及安裝調(diào)試。本次設(shè)計(jì)采用的是“高頻放大、本振電路、混頻

3、、中頻放大、鑒頻及低頻放 大電路”的電路單元，其整機(jī)具有靈敏度高、工作穩(wěn)定、選擇性好及失真度小、 噪聲小等優(yōu)點(diǎn)； 且外圍電路元件較少， 適合自己動(dòng)手焊接裝配， 以達(dá)到學(xué)習(xí)和實(shí) 踐相結(jié)合的目的。二、設(shè)計(jì)方案1. 主要技術(shù)指標(biāo)（1）工作頻率范圍：收音機(jī)接收到的無(wú)線電波的頻率范圍成為收音機(jī)的工 作頻率，在整個(gè)接收的范圍內(nèi)滿足主要的性能指標(biāo)， 工作頻率必須和發(fā)射機(jī)的頻 率相對(duì)應(yīng)。調(diào)頻廣播收音機(jī)的頻率范圍為 88-108MHz因?yàn)檎{(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)的頻 率一般為88-108MHz中頻頻率為465kHz。（2）靈敏度：收音機(jī)接收微弱信號(hào)的能力稱為靈敏度，一般用輸入電壓來 表示?？梢越邮艿男盘?hào)越小， 靈敏度就越

4、高。 一般生活中調(diào)頻收音機(jī)的靈敏度為 5-30uV。（3）選擇性：收音機(jī)從各種干擾信號(hào)中選出所需要的信號(hào)或衰減不要的信號(hào)的能力稱為選擇性，單位用dB表示。dB數(shù)越高選擇性越好。調(diào)頻收音機(jī)的中頻 干擾大于 50dB。（4）通頻帶：收音機(jī)的頻率響應(yīng)范圍稱為通頻帶。調(diào)頻收音機(jī)的通頻帶一 般為 200kHz。（5）輸出功率：收音機(jī)的負(fù)載輸出最大不失真功率稱為不失真功率。輸出 功率應(yīng)該不小于 100mW。2. 設(shè)計(jì)方案（1）方案論證與設(shè)計(jì)調(diào)頻收音機(jī)主要由天線、高頻放大、本振、混頻、中頻放大、鑒頻、低頻放 大和揚(yáng)聲器幾個(gè)模塊組成。本設(shè)計(jì)利用三極管的放大特性進(jìn)行信號(hào)的放大，再通 過并聯(lián)諧振選頻網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行頻率的

5、選擇。采用分級(jí)設(shè)計(jì)的方式進(jìn)行各個(gè)模塊的設(shè) 計(jì)。為防止前后級(jí)電路的干擾，影響，可在兩級(jí)之間加射極跟隨器或者采用電感 耦合的方式將前后級(jí)隔離，減少后級(jí)電路對(duì)前級(jí)電路的影響。（2）系統(tǒng)原理框圖天線788108MHz10.7MHz喇叭高頻放大T混頻卜中頻放大鑒頻低頻放大本振電路98.7118.7MHz（3）工作原理介紹調(diào)頻（FM收音機(jī)由輸入回路、高放回路、本振回路、混頻回路、中放回路、 鑒頻回路和音頻（低頻）功率放大器組成。高頻放大后信號(hào)與本地振蕩電路產(chǎn)生的本振信號(hào)進(jìn)行混頻， 混頻后輸出，再 將混頻信號(hào)由中頻回路進(jìn)行選擇，提取以中頻10.7MHz*載波的調(diào)頻波。該中頻 選擇回路由10.7MHz濾波器構(gòu)

6、成。中頻調(diào)制波經(jīng)中放電路進(jìn)行中頻放大， 然后進(jìn) 行鑒頻得到音頻信號(hào)，經(jīng)功率放大輸出，耦合到揚(yáng)聲器，還原為聲音。(4) 總體電路圖OU F17.ClI1TT$C1%17nr nilIKHSLAi所需兀件清單如下表兀器件名稱型號(hào)數(shù)量/個(gè)電阻10k55k23k42k11k5電位器104( 100k 可調(diào))1可調(diào)電感2.1u-6.8uH1電感220uH20.1uH110mH3電容1pF318pF1150pF210uF12可調(diào)電容3/10pF1陶瓷鑒頻器J10.7MC11純銅收音機(jī)拉桿天線全長(zhǎng)762mm四節(jié)1三極管S90146喇叭（揚(yáng)聲器）Realplay 小喇叭揚(yáng)聲 器直徑4CM1電池座可裝兩節(jié)五號(hào)電

7、池1電池5 號(hào)（1.5V ）2三、各單元電路設(shè)計(jì)1. 高頻小信號(hào)放大電路晶體管高頻小信號(hào)放大器不僅要放大高頻信號(hào)，而且還要有一定的選頻、濾波作 用，因此晶體管的負(fù)載應(yīng)為L(zhǎng)C并聯(lián)諧振回路。在高頻情況下，晶體管本身的極間 電容及連接導(dǎo)線的分布參數(shù)等會(huì)影響的頻率和相位。 同時(shí)對(duì)于此高放，還應(yīng)滿足 一下三點(diǎn)要求要求：（1）工作穩(wěn)定。（2）選擇性好，即有一定的通頻帶。（3）失真小，增益高，且工作頻率變化時(shí)增益變動(dòng)不應(yīng)過大。高頻小信號(hào)諧振放大電路主要由晶體管、 負(fù)載、輸入信號(hào)和直流電源等部分電路 組成。晶體管基極正偏，工作在甲類，負(fù)載為L(zhǎng)C并聯(lián)諧振回路。該放大電路能夠 對(duì)輸入的高頻小信號(hào)進(jìn)行反向放大。其中

8、？0=12?2?=88108?，下面以88MH為例，進(jìn)行仿真。XSC1靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置如下:Rb1J 3k QQ1cRe11k2N2369選頻網(wǎng)絡(luò)如下圖所示y 2L85uH:fii其中電容C=0.1uH,電感為2.85uH的可調(diào)電感，二者并聯(lián)，組成并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)。仿真結(jié)果及分析；|示液器-X9X由仿真結(jié)果可得電壓增益 A=26.119/1.373=19.02,滿足放大倍數(shù)大于10的要求。通過光譜分析儀可得，其輸出中心頻率位于88.397MHz 處。2. 本振電路本次設(shè)計(jì)采用西勒電路作為本振電路。西勒電路主要特點(diǎn)就是在回路電感 L兩端 并聯(lián)了一個(gè)可變電容C4,而C3為固定值的電容器，且滿足 C1、C

9、2遠(yuǎn)大于C3,C1、C2遠(yuǎn)大于C4回路的總等效電容為14+G G c所以，振蕩頻率為在西勒電路中，由于C4與L并聯(lián)，因此C4的大小不影響回路的接入系數(shù)。如果 C3固定，通過變化C4來改變振蕩頻率，則RL在振蕩頻率變化時(shí)基本保持 不變，從而使輸出振幅穩(wěn)定。此種振蕩器的優(yōu)點(diǎn)是：較易起振，振蕩頻率也較為穩(wěn)定，波形失真較小，當(dāng)參數(shù) 設(shè)置得當(dāng)時(shí)，其頻率覆蓋系數(shù)較大，因而選用此電路進(jìn)行電路設(shè)計(jì) 對(duì)于一般小功率自動(dòng)穩(wěn)幅LC振蕩器，靜態(tài)工作點(diǎn)要遠(yuǎn)離飽和區(qū)，靠近截止區(qū)， 以得到較大的輸出阻抗。一般根據(jù)具體電路和電源電壓大小集電極電流一般取 14mA在實(shí)際偏置參數(shù)選定時(shí)，在可能條件下發(fā)射極偏置電阻盡可能取大一好。

10、 參數(shù)選擇主要是根據(jù)滿足振蕩頻率，滿足起振條件并有足夠的振蕩幅度和規(guī)定的 頻率穩(wěn)定性等因素加以考慮。若以頻穩(wěn)性角度出發(fā)回路電容應(yīng)取大一些， 有利于 減少并聯(lián)在回路上的管子極間電容等變化的影響。但C不能過大，C過大，L會(huì)變小，Q值會(huì)變低，振蕩幅度也會(huì)變小。為了解決頻穩(wěn)和振幅的矛盾，通常用部 分接入。前已討論反饋系數(shù) F=C1/C2不能過大或過小，適宜1/81/2.令 L=0.1uH 貝；：其中，的取值范圍為98.7MHz118.7MHz若C3=20pF則可取C4=10pF的可變電容。因要滿足C1,C2C3,C4F= C1/C2 取值為 1/81/2，可取 C1=400pF,C2=410pF3.

11、混頻電路混頻電路是一種頻率變換電路，是時(shí)變參量線性電路的一種典型應(yīng)用。 如一個(gè)振 幅較大的振蕩電壓（使器件跨導(dǎo)隨此頻率的電壓作周期變化） 與幅度較小的外來 信號(hào)同時(shí)加到作為時(shí)變參量線性電路的器件上， 則輸出端可取得此二信號(hào)的差頻 或和頻，完成變頻作用。它的功能是將已調(diào)波好的載波頻率變化換成固定的中頻 載頻率。而保持其調(diào)制規(guī)律不變，也就是說它是一個(gè)線性頻率譜搬電路， 對(duì)于調(diào) 頻波通過變頻電路后仍然是調(diào)頻波。只是其載波頻率變化了，其調(diào)制規(guī)律是不變 的。本次設(shè)計(jì)采用如下晶體管混頻電路，本振信號(hào)從射極接入，高頻信號(hào)從基極接入。 因此，相互干擾產(chǎn)生牽引現(xiàn)象的可能性小。同時(shí)，對(duì)于本振電壓來說是共基電路，

12、其輸入阻抗較小，不易過激勵(lì)，因此振蕩波形好，失真小。這是它的優(yōu)點(diǎn)。但需 要較大的本振注入功率；不過通常所須功率也只有幾十 mW本振電路是完全可 以供給的。在集電極接選頻網(wǎng)絡(luò)，從中選取頻率為10.7MHz的中頻信號(hào)。因而可選取電感L=2.2uH，電容 C=100pFXSA1VCC3VL12.2uHIO1C471FR31k QQ1V12N2369 C320mV88MHz 50kHz123qXFC1C1 士 100pF.N-1. OQDXSC1IO3 T1.5Vpk 98.7MHz 0ir1F4(*IO2 nV2ABExt Trig由圖可知示波器1中A、B通道分別顯示的高頻放大信號(hào)和本振信號(hào)，示波器

13、 2 顯示的是混頻之后的波形。KS-XSCIX經(jīng)過變頻器混頻之后輸出的波形時(shí)間4L395 us通道丄-3.882 fV通道反向T 2 牛4L895 us-s.es2 也保存0.000$0.000 V時(shí)基適道A通道日融發(fā)/II IflS-vs.標(biāo)度：5tns/Div:劇度：MfVQiw沁S V/ftv邊沿:國(guó)土叵-X軸位移；oY軸位移（格）：D.Y軸位移格）：0水平;blvWII魏I卻” I直謊I交療o(wú) 11 -單真 正常 言動(dòng) 送通過測(cè)試可知，能夠成功混頻，并能成功選出所需頻率4. 中頻放大電路中頻放大器主要是將混頻器輸出的信號(hào)進(jìn)行大幅度提升，以滿足解調(diào)電路的需要。其主要質(zhì)量指標(biāo)有：電壓增益

14、Av、通頻帶BW0.7選擇性、噪聲系數(shù)。對(duì)于 中頻放大器，不僅需要得到高的增益、好的選擇性，還要有足夠?qū)挼耐l帶和良好 的頻率響應(yīng)、大的動(dòng)態(tài)范圍等。前級(jí)混頻器輸出頻率為10.7MHz在此次中頻放大過程中，應(yīng)該保持其頻率不變, 只對(duì)其幅值進(jìn)行放大。不過為了防止干擾頻率的影響，仍然選用選頻網(wǎng)絡(luò)對(duì)其進(jìn) 行頻率選擇。選頻頻率為10.7MHz，若電容C=1pF則電感L=220uH設(shè)計(jì)的中頻放大電路如下圖：XSC11 1IIXFC11 |LRb1C4L1 J3V123、3k QV11pF 220uH$Ext Trig101 J-V2T1OUOlmVMHz 50kHzRb210k QQ1C2T卜10uF1I

15、O22N2369i i*Re1 1k Q = 10uFC3通過示波器仿真如下XT2-T1通道申 934.44tuV 934.441 uV 0.000V45. mV45.4 mV0.000 V時(shí)基 標(biāo)度時(shí)間27D.497U5 270.7 usO.OOOs|100 ns/TJiv:劇度：伽砒伽宴櫃:2 mVjt)iv1ZI t 0 s 氐；D| 丫軸位移（格1：0Y軸位移（格）：I水平；lv通道B觸發(fā)交療0 |直剌亠交流0 gs單次自動(dòng)通道B為輸入信號(hào)，通道A為輸出信號(hào)，明顯可以看出對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行了幾 十倍放大。這將有利于之后鑒頻電路的正常工作。II11二二二二2二二1I MU .T -111J

16、T HI 1.J311 :11P 11J7:,I174 nV-#通過光譜分析儀可得，其中心頻率為10.890MHz由于輸入信號(hào)存在頻偏分 量，使得結(jié)果偏離10.7MHz,，但是影響不大。5. 鑒頻電路鑒頻器的任務(wù)是從調(diào)頻信號(hào)中檢出調(diào)制信號(hào)，它包括變換部分及振幅檢波器 部分。利用LC諧振回路實(shí)現(xiàn)振幅鑒頻，LC諧振回路構(gòu)成的頻幅變換網(wǎng)絡(luò)將等幅的 信號(hào)變換為FM-AM言號(hào)，然后利用包絡(luò)檢波電路恢復(fù)出原調(diào)制信號(hào)。因?yàn)檎{(diào)頻波振幅恒定，所以無(wú)法直接用包絡(luò)檢波器解調(diào)。由于二極管峰值包 絡(luò)檢波器線路簡(jiǎn)單、性能好，能夠?qū)⒌确恼{(diào)頻信號(hào)變換成振幅也隨瞬時(shí)頻率變 化、既調(diào)頻又調(diào)幅的FM-AM波，也就可以通過包絡(luò)檢波

17、器解調(diào)此信號(hào)。設(shè)計(jì)的鑒頻電路如下：XSC1從示波器可以看出，本鑒頻電路實(shí)現(xiàn)將調(diào)頻波變成調(diào)頻 +調(diào)相波，然后再進(jìn) 行包絡(luò)檢波，從而提取出調(diào)制信號(hào)。從示波器波形可以看出，可以實(shí)現(xiàn)鑒頻。提 取的調(diào)制分量頻率為50kHz。但考慮到所提供的元件中有10.7MHz的鑒頻器，故直接采用鑒頻器元件，同 時(shí)也可以減少誤差。6. 低頻放大電路從鑒頻器輸出的信號(hào)一般很小，所以在輸出極一般采用低頻功率放大電路。 設(shè)計(jì)低頻放大電路如下：XSC1通過示波器仿真如下:通道A為輸出信號(hào)，通道B為輸入信號(hào)，從圖可得此低頻放大電路對(duì)輸出信 號(hào)放大了近100倍，有利于驅(qū)動(dòng)喇叭的正常工作。四、PCB勺設(shè)計(jì)與制作1.原理圖繪制將前面的

18、各分立模塊按照高頻放大、本振、混頻、中頻放大、鑒頻以及低頻放大的順序連接即可。2.PCB繪制DC “FIVT調(diào)頻收昔機(jī)捋尋話吋：+T 粗員：孫郭男0ill&3. PCB板的制作通過打孔焊接，完成PCB板的制作，本次制作的成品如下五、測(cè)試模塊(1)高頻放大，通過天線接受信號(hào)，再對(duì)其進(jìn)行電壓幅值放大。將輸出端接上 示波器，由示波器得到的波形如下圖。(2)本振電路，產(chǎn)生98.7MHz118.7MH勺正弦波振蕩信號(hào)。將其輸出端接在示 波器得正極，示波器負(fù)極接地。通過示波器測(cè)得波形如下：稍微有些許失真波動(dòng)，單整體不影響電路的工作。(3)混頻電路的測(cè)試，將高頻放大信號(hào)與本振信號(hào)接入到三極管的基極與發(fā)射 極。通過集電極進(jìn)行混頻信號(hào)的輸出。同樣地，將示波器得正極接集電極，負(fù)極 接地。通過示波器所得波形如下：六、總結(jié)1.本方案特點(diǎn)及存在的問題它的缺點(diǎn)是， 對(duì)于不同的頻率， 接收機(jī)的靈敏度和選擇性變化叫劇烈， 而且 靈敏度因?yàn)槭艿礁叻挪环€(wěn)定的影響， 不能過高，所以現(xiàn)在的接收機(jī)幾乎全是超外 差式接收機(jī)。如何進(jìn)行仿真是本次課程設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵所在， 只對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的混頻電路進(jìn) 行了部分仿真，在這一部分