超外插式調(diào)頻收音機設(shè)計教材

1、3通信電路課程設(shè)計通信電路課程設(shè)計報告題目：調(diào)頻收音機設(shè)計一、緒論1. 調(diào)頻收音機概述接收機用于調(diào)制發(fā)射機的原始信號，稱之為解調(diào)，實現(xiàn)這一功能的電路稱之為解調(diào)器。 對于模擬解調(diào)器，我們希望能夠使失真能夠和噪聲最小，這樣輸出的信號會更加接近原始 信號。超外差式調(diào)頻收音機，是將目標(biāo)電臺信號在調(diào)諧電路中調(diào)制，通過電路本身變成一個 預(yù)設(shè)定頻率，然后進(jìn)行放大檢波。這一固定頻率由差頻作用產(chǎn)生，由于收音機中有本振存 在，可以將其與外來高頻信號進(jìn)行混合，稱為混頻。由于晶體管的非線性作用導(dǎo)致混頻的 結(jié)果就會產(chǎn)生一個新頻率，這就是外差作用。故而，采用這種電路的接收機稱為外差式收音機。2. 設(shè)計目標(biāo)及基本要求（1）

2、接收信號范圍88MHz108M；（2）完成電路設(shè)計，相關(guān)參數(shù)計算；（3）完成各模塊仿真，并提供仿真報告；（4）完成印刷電路板設(shè)計、制作及安裝調(diào)試;（5）印刷電路板上應(yīng)有題目和小組成員姓名。3. 設(shè)計方案及方法簡述對于超外差接收機，由接受天線、高頻帶通濾波器、高頻放大器、本振、混頻、陶瓷 濾波器、寬帶中頻放大器、包絡(luò)檢波器、低放及功放還有揚聲器等組成。在設(shè)計中將采用 單元電路分別設(shè)計方針，組合模塊完成總電路設(shè)計。（1）高頻放大：高頻放大器是用來放大高頻信號的器件（高放所放大的對象是已調(diào)信號，它除載頻信號外還有邊頻分量）。根據(jù)高放的對象是載頻信號這一狀況，一般采用管子 做放大器件，而且并聯(lián)諧振回路

3、作為負(fù)載，讓信號諧振在信號載頻。（2）混頻：混頻將高頻放大信號和本振信號混合，輸出一個中頻信號，在調(diào)頻電路中，本 振信號必須是獨立的，這與條幅電路是最大的區(qū)別?；祛l電路是一個典型的頻譜搬移 電路，可以用相乘器和帶通濾波器來實現(xiàn)這種搬移。(3) 本振：本振電路用LC諧振回路來產(chǎn)生一個穩(wěn)定的本地振蕩頻率， 將這個諧振頻率與高 頻放大輸出信號混頻，得到一個中頻信號。(4) 中放：如果外來信號和本機振蕩相差不是預(yù)定的中頻，就不可能進(jìn)入放大電路。因此 在接收一個需要的信號時，混進(jìn)來的干擾電波首先就在變頻電路中被剔除掉，加之中 頻放大電路是一個調(diào)諧好了的帶有濾波性質(zhì)的電路，所以接收機的選擇性指標(biāo)很高。(5

4、) 鑒頻：在鑒頻器部分，采用比例鑒頻器，普通鑒頻器的線性范圍較寬，調(diào)整較易，但 在鑒頻器前必須加上一級限幅器，而比例鑒頻器則不需要但是為了得到良好的限幅特 性，必須仔細(xì)調(diào)整比例鑒頻器的工作狀態(tài)與電路參數(shù)，也可以在前一級加一盒限幅器。 低頻放大：一般從鑒頻器輸出的信號都比較小，為了得到我們所需的信號，必須將輸 出信號放大。一般采用三極管放大電路來實現(xiàn)這一功能。因為本次設(shè)計是音頻信號， 所以采用運算放大器效果比較好。系統(tǒng)原理框圖，如下：圖 1.1.1二、單元電路設(shè)計1. 單元總設(shè)計方案超外差式調(diào)頻收音機，將分為：高頻放大電路，本振電路，混頻電路，中頻放大電路, 鑒頻電路，低頻放大電路。分立單元設(shè)計

5、將對以上各部分進(jìn)行獨立設(shè)計設(shè)計仿真。2. 分立單元設(shè)計2.1. 高頻放大電路設(shè)計2.1.1. 電路需求分析及其技術(shù)指標(biāo)調(diào)頻收音機頻率接收范圍為 88MHz 108MHz高頻放大電路要求放大倍數(shù)大于 10，6通信電路課程設(shè)計且?guī)挻笥谝纛l信號兩倍2.12電路可行性分析及原理參數(shù)計算 （1）設(shè)置靜態(tài)工作點采用三極管2N2222,它的放大倍數(shù)為50,由于放大器是工作早小信號放大狀態(tài)，放大 器工作電流Icq 般在0.8-2mA之間選取為宜，設(shè)計電路取 1.5mA,設(shè)尺=2&。因為 Veq JeqR，而 Icq :- Ieq ,所以 Veq = 3/ ；因為Vbq二Veq Vbeq （硅管的發(fā)射結(jié)電壓V

6、beq =0.7V ）所以Vbq =3.7V;1 BQ1 CQ1.5mA500. 03mAVBQ因為Rb2，所以Rb1 =12.3 K101 BQRb2 -VcC Vb -27. 7KJ1 BQ為使三極管工作在放大區(qū)，選擇 Rc=1.5k 選頻網(wǎng)絡(luò)1）采用固定電感調(diào)電容的方法來達(dá)到 88-108MHZ的諧振頻率。2）回路中的總電感 L: L =0.002叩。3）回路電容的計算：因為 則G =1050pF,C2 =1580pF 。叫LC則采用1050pF的固定電容，530 pF的可調(diào)電容。4）求電感匝數(shù)N2與N1的匝數(shù)（仿真中為方便起見暫定 m二n2 =1，不考慮匝數(shù)問題）根據(jù)理論推導(dǎo)，當(dāng)線圈的

7、尺寸及所用對的磁芯確定后，則其相應(yīng)的參數(shù)就可以認(rèn)為是一個確定值，可以把它看成是一個常數(shù)，此時線圈的電感量僅和線圈匝數(shù)的平方成正比，即:-KN般K值的大小是由試驗確定的。當(dāng)要繞制的線圈電感量為某一值Ln時，可先在骨架上(也可以在磁芯上)纏繞10匝，然后用電感測量儀測出其電感量 Lo，再用下面的公式求出系數(shù)K值:Lo(3)電路選擇由于單級單調(diào)諧放大器電路簡單容易實現(xiàn)，本文選擇單級單調(diào)諧放大器電路 電路增益： nn2fe2 、/ni Yoe Ylnn I yfe IA比諧振頻率處放大器的增益為：AUo2.1.3.單元電路設(shè)計圖及仿真結(jié)果分析(1)仿真電路圖，如下圖2.1.1:101di -2NJ2V

8、CC -&VC21050pF :生卿PF -_Key=A:妙問?10D圖 2.1.1(2) 仿真結(jié)果及分析I在可調(diào)電容為100%寸:示逓器-鵡CLn Kb時聞 乙殆斗UE通追工1J7-2B1 砒-2.5DlmV反向2.741 us 7.77E HEH&2.479 mV 曲,濟(jì)mY9 第 nW 457 mVT2-T1L時基萌覽標(biāo)庚：割度：IWmV/Dw創(chuàng)度i5血伽邊3：y軸儉凱閣：0YWs&Clfi)： 0浄跑曲：o水平】0V而11浦加盼:歸丨醫(yī)刺工宜渝逖正常1自動I無j：r圖 2.1.2根據(jù)以上波形可以看出，在波形取最大值時，輸出電壓與輸入電壓的比值是19.7，而設(shè)計要求是放大倍數(shù)大于10,已

9、經(jīng)達(dá)到了預(yù)期要求。交流分析交流分析設(shè)計1交流分析埋 P喇-20：-S80 0M92.5M97.5M頗率20-帶-150-SG.0M光標(biāo)叵V(2FX1B0.ODD0Myi-1O12S4x289.3710My234.6076dx9.371QMdy44.7359dy/dx4.7739p1/d*106.712n&0 0M(Hz)-trM90.0M顏率(Hz)92.5M5&.0M97.SM圖 2.1.37通信電路課程設(shè)計87.孰 190”附 叵V2)85.0M光榻 200：豐 :iQd卑15(”出 山白80.0M82.5MS5.-3Y1富:Y2 dx 日丫 dy/diK 1/dx0&.3145M31-5

10、270B9274H 31,300 112.9032 %: -219-9157mBS571u92.5M96.QM97.5M設(shè)計i交流分也dHl 丄百-1_日20UQ 8D.0M82.5M92.5M96.QM97.5M-160圖 2.1.4由幅頻特性曲線（圖2.1.3 圖2.1.4）可以看出諧振頻率為89.37MHz,帶寬為112.9kHz, 符合設(shè)計要求帶寬小于音頻信號的兩倍（200kHz）n可調(diào)電容為0時:示疽賽-於Bia通諂A通適B2137.213 mV-6.9C3C2C3,C3 為可變電容，它的作用是將L與C1、C2分隔開，使反饋系數(shù)僅取決于 C1和C2的比值， 振蕩頻率則基本上由C3和L

11、決定。這樣，C3就減弱了晶體管與振蕩回路之間的耦合，使 折算到回路內(nèi)的有源器件參數(shù)減小，提高了頻率穩(wěn)定度。另一方面，不定電容則與C1、C2并聯(lián)，基本上不影響振蕩頻率。此外更重要的原因是本設(shè)計的波段覆蓋系數(shù)為1.26，在克拉潑電路的波段覆蓋系數(shù)范圍 1.2-1.3 內(nèi)。（1）靜態(tài)工作點設(shè)置1采用三極管BC107BP因為它的放大倍數(shù)足夠大，由經(jīng)驗可知Vb1 = Vcc，因此 & =恵，這里取2Rb1 = 20S 為使三極管工作在放大區(qū)，選擇& = 2k0 ,Rc = 1.5S電感、電容的選擇由于克拉潑電路中，根據(jù)所需的振蕩頻率決定L、C3的值，然后取C1、C2遠(yuǎn)大于C3即可。但是C3不能取得太小，

12、C1、C2也不能取得太大，否則將影響振蕩器的起振。綜合 這兩個因素，查閱資料后取 3= 60pF,C2=80pF,C3=5pF 電路中的總電容為：C3= 4.36pFCiC2當(dāng)諧振頻率為77.3MHz 時,14二2f2C1 當(dāng)諧振頻率為97.3MHz時，電容C 2 22.75 pF4兀 2f2L帶入取得C3=2.98pF，后根據(jù)仿真結(jié)果調(diào)整為2.6pF，可調(diào)電容取為1.7pF。2.2.3. 單元電路設(shè)計圖及仿真結(jié)果分析(1)仿真電路圖(圖2.2.1 )V; 6.37V V(pu)： 517 mVV V(dc: 6.15 :SOSuA Ip-p): 8.73 i-nA 3.40 mA1.90 m

13、A ft eq.: 95.1MHzVi 3.93 V220friV 譏Eis： 3.83 V V(dt): 3.S3 V I： -677 UA I(p-p)i 10.8 fflA Ifnns): 3.73 mA ICtkl： 1.91IHA Freq.: 95.Lfflz:：C2 :1.00 pF:5倂2.9GpFKay=ACAII_45pF0%V! 3.11VVfp-p)： 6.63 V Vfrnis)：工屮 V(dc)3 725 LiVL lllpAI(p-p: 683 pAJtrms： 2.4pAIfdcJ： Q AFrEq.: 9&.lM4z圖 2.2.1(2)仿真結(jié)果及其分析1)當(dāng)可

14、調(diào)電容為0時二:vcc：:w 空；Z9GpF： 0% ：C4 ：R2：:1.5kOI:495pFV： 3.MV220 mVV(rms)i 3.83 V (dc)； J.fiJ V L -77 uA Iji-p)： 10.3 mA3.73 mA1 閑:1.41 mAFreq.:5.1MHrV! 6.37 V(p -p: 517 mV vCrnre): 6.15 V V(dcJ: 6.15 V I： SB UA I(p-p)： 8.73 mA Ifnns): 2.40 mA 1(*)： 1.90 mA Frmq,: 95.1MHzV! 3.11V 4j-P)； 6-83V Vfrmsl： 2r44

15、V Vdc)： 725 MVL: 3,llpA (p-p): 6.83 pA tm*sh 2-+4 pA IdcJ： 0 A Freq.! 5.1 MHi圖222Oscilloscope-XSCI:Time151,70S us151.708 usChannel_A 2,194 V 2.194 VChannel_B| rm |0.000s0.000 VReverseExt. triggerTimebaseChannel AScale： 2D ns/DivScale:2 V/DivX pm-E* 0Ypo$,(0lv)i 0|/T Add B/A A/B|ac q |dc:sChannel BSa

16、ve圖 2.2.3由上圖（圖2.2.2圖2.2.3）可以看出，當(dāng)振蕩電路穩(wěn)定時，電路的工作頻率為95.1MHz, 輸出電壓為正弦波形，最大幅度為 3.382V，達(dá)到了預(yù)設(shè)目標(biāo)。2）當(dāng)可調(diào)電容為2.96pF時vccVI S.29VV(PT31 1.11 VV(ms)E 6.0? V 理IQ; 6.M VI： 1.67 mA l(p-pi L4.S mAI(fnis: 4.38 mAI(d5kQRIB|31kQ :S. b -嚴(yán) I】I ：CT7： ： lL5 ：半:&叩 ppRp.027pH05：匚|_L*1Frobel2N2222A46R201kfc10pF：CT5：:5kQ123Oscill

17、oscope-XSCIReverse(2)仿真電路測試及分析BTimeChannel_AChannel_B280.723 us-13.933 mV109.348 mVLevel:0VSingleNormal AutoNoneSave _Ext. triggerTrigger280.771 us13.989 mV-118.570 mVTimebaseChan仃己AChannelBScale:50 ns/tiivScale:10 mVAivScale:200 mViivX pos.(piv): 0Y pos.fpivj: 0Y pos.piv): 0|vfrAdd B/A A/B阿|6|阿魚函口

18、Edge:Trr| |A| E Ext47.089 ns27.922 mV-227.918 mV圖 2.4.2對電路進(jìn)行測試，輸入電壓 Vi(p-p) = 28.3mV,輸出電壓為Vo(p-p) = 780mV,電壓增益為：uA 二 1= 27.520Uo電路滿足設(shè)計要求，可實現(xiàn)中頻放大。2.5.鑒頻電路設(shè)計2.5.1. 電路需求分析及其技術(shù)指標(biāo)鑒頻電路的輸出的低頻解調(diào)電壓與輸入調(diào)頻信號瞬時頻偏的關(guān)系為頻率鑒頻特性，理 想鑒頻特性為線性，實際電路的非線性失真應(yīng)該盡量小，同時中頻位于線性鑒頻范圍的中 點，保證電路產(chǎn)生暑輸出波形不發(fā)生失真。設(shè)計中采用頻幅轉(zhuǎn)換，利用LC電路的頻相轉(zhuǎn)換特性設(shè)計，之后采

19、用檢波電路得到信號。2.5.2. 電路可行性分析及原理參數(shù)計算變換電路采用調(diào)諧回路實現(xiàn)頻率幅值的變換。回路的諧振頻率高于FM波的載頻，并盡 量利用幅頻特性的斜率部分。當(dāng)頻率大于載頻時回路兩端的電壓大，當(dāng)頻率小于載頻時回21通信電路課程設(shè)計路兩端電壓小，形成FM-AM波形。電路參數(shù)可以根據(jù)調(diào)諧回路的諧振計算公式確定。單級調(diào)諧回路的諧振頻率由公式確 定電容。12 LC由于二極管檢波電路簡單線性度好，采用二極管檢波可以獲得良好的檢波效果，二極 管檢波器由二極管整流和低通濾波兩部分組成，二極管具有單向?qū)ㄌ匦裕梢詫⒔涣餍?號整成直流，RC電路作為檢波器的負(fù)載在兩端產(chǎn)生調(diào)制頻率電壓， 同時啟動低通濾波

20、的效 果。由于二極管具有導(dǎo)通電壓，所以在大信號條件下進(jìn)行，后級采用RC低通濾波，濾掉高 頻分量，RC的值由調(diào)制信號頻率決定。同時，在檢波過程中避免惰性失真，應(yīng)當(dāng)滿足:2RC 60kQC11io.oipF24通信電路課程設(shè)計(2)仿真電路測試及分析Oscilloscope-XSCITL * +TimeChannel,_AChamd _B0.000 sO,Q0D VQ.ODO V0.000 s0.000 V0.000 VT2-T10.000 sO.DOO V0.000 VTimebaseChanneAScale; 50 us/DivScale:5 V/Div0Tpos.fDiv):叵| Y/T A

21、dd B/A A/B臨丄.DCReverseSaveExt. triggerChannel BTriggerScale: 11 炯v二 Edge:匡國 囚 B ExtY poS.flDiv): 14Levd:0| AC 0 DC() Ski0e | Normal Auto None _圖 2.5.2Oscilloscope-XSCITimeChannel AGiannd B819617US-6.79ZV88.272 mVReverseT2 * *filQ 17皿塔 7ft? VSS 77? FtiV任T10.000 soooo VW iL./ HIT0.000 VSaveTimebaseChi

22、rrel ACharnel BTriggerScale:SOOnsivScale： 5 丫伽Scale:I V/DivEdge:EE*1 日 ExtX pos.(Div): 0Ypos.fpiv): 0f pas.fpiv): 14Level:：|oI vY/TAdd B/A A/B| AC| D DC |DC |口 SingleNormal Auto | None由圖2.5.1 及圖2.5.2 可知可以實現(xiàn)鑒頻功能，但是存在一定的鑒頻延遲，鑒頻波形與輸入信號之間存在時間差值，但基本滿足設(shè)計要求，可以實現(xiàn)鑒頻功能。26低頻放的電路2.6.1. 電路需求分析及其技術(shù)指標(biāo)設(shè)計低頻放大電路，對鑒頻后

23、的信號進(jìn)行功率放大，使之實現(xiàn)輸出功率低于0.5W的要 求，并能夠完美輸出波形信號。2.6.2. 電路可行性分析及原理參數(shù)計算對電路設(shè)計要求進(jìn)行分析，采用 OCL雙電源互補對稱功率放大電路。(1)輸入級：前置放大電路：由于提供的前級信號比較微弱， 而且有一定噪聲。因此采用一級的基極分壓射極偏 置的前置放大電路對信號進(jìn)行放大以及見效噪聲，限制問片。考慮設(shè)計電路對于頻率 響應(yīng)及零輸入是噪聲、電流、電壓的要求，前置放大電路的設(shè)計：直流穩(wěn)壓電源：9V,電容為10微法。 輸出級：OCL雙電源互補對稱功率放大電路確定靜態(tài)工作點:Vb&6VCCR26R?7綜上，得i b = 43、A。確定電路中的電阻阻值:直

24、流穩(wěn)壓電源的電壓為9V,而要求輸出功率為0.5W,而有 POM 二vcC又知，巳= i2R，且ic = iE = i，則可求的R，最后選取其余電阻阻值2.6.3. 單元電路設(shè)計圖及仿真結(jié)果分析(1)低頻放大電路總電路圖：28通信電路課程設(shè)計VCCR4R1 14ktfJ卜Q1 1opFR32kT C3XHGlR6 3040 QDI 1N4148Q2 2砒興47N5V23D40DD2 1N4148圖 2.6.1XHM1-9V(2)仿真電路測試及分析Oscilloscope-X5C1Chaonel_B -33.729 mV 81729 mV 0.000VChannel_A m?63uV m763uV

25、 0.000 VTime 50.013 ms 540.013 ms0.000 sTirrnebaseChannelAChannel 0TriggerScale；10 mSjitsivScalg:20 mV/t)iv5cale：50 mV/t)ivEdge:ESE aExtXpos.(Dv)； 0Y pos.fJDiv):0Y pos-QDiv): 0Levd:|oI VY/T Add B/A A/BAC 0DCAC 0 DCSireNorrnal AutohloneT2-TLExt. triggerI3圖 2.7.1圖 2.6.2在輸入電壓為 V(p-p) = 36.0 mV的正弦波時，輸出電

26、壓 Vo(p-p) = 166mV,可知電壓增益3. 總電路圖總電路設(shè)計圖（圖2.7.1 ）密MHN特丄wnuBWS3*昌 7 二0-129通信電路課程設(shè)計PCB原理圖設(shè)計（圖2.7.2 ）:圖 2.7.231通信電路課程設(shè)計PCB電路板圖（圖2.7.3 ）:圖 2.7.3P2FM 門対巴丄22437通信電路課程設(shè)計二、電路安裝與調(diào)試1. 對照元件清單清點元件元件數(shù)量規(guī)格備注固定電容160.01uF,10uF,50uF,150pF可調(diào)電容410pF,48pF電阻281K,2K,5.1K,10K,51K,82K,150K,430二極管1N5407/11N5408/21N54071N5408三極管

27、2N3904/22SC945/32N3906/12N3904 NPN2SC945 NPN2N3906 NPN電感30.0145uH,1.49uH, 10mH有部分電感使用自繞線圈揚聲器1Antenna2. 元件的插接與焊接使用電烙鐵將電阻電容元器件焊接在電路板上，并調(diào)整電感位置，焊接；天線單獨通過一根導(dǎo)線焊接在電路板上；電源引出導(dǎo)線連接到電路板的電源接口，進(jìn)行插接；揚聲器確定引腳位置，焊接在電路板上；電路存在一根飛線，單獨導(dǎo)線連接后，焊接。3. 電路板實物圖片見圖3.1 與圖3.2。4. 收音機整機調(diào)試（1）本振電路調(diào)整接通正負(fù)9V直流電源，通過示波器顯示本振輸出信號，觀察輸出電壓信號幅值大小

28、并 通過頻譜分析儀分析輸出振蕩頻率，可調(diào)節(jié)本振網(wǎng)絡(luò)可調(diào)電容大小或調(diào)節(jié)本振網(wǎng)絡(luò)電容， 測試輸出信號的頻率范圍是否在要求的 77.397.3MHz。經(jīng)調(diào)試，本振電路部分接電源端為 9V，震蕩電路經(jīng)起振至穩(wěn)定后，輸出電壓為5.09V，滿足信號的輸出條件，且震蕩頻率約為 6996.4MHz左右，本振電路基本滿足設(shè)計要求, 并實現(xiàn)該功能。圖3.1電路板實物圖正面(2)高頻放大部分調(diào)整使用頻率信號發(fā)生裝置產(chǎn)生頻率106.3MHz頻率的信號，將產(chǎn)生的信號與天線連接，模擬信號強度較高環(huán)境，觀察高放信號放大情況。經(jīng)調(diào)試，發(fā)生信號與天線接收信號存在一定程度的失真，信號衰減較大，接收信號幅頻特性在一定程度上發(fā)生失真，經(jīng)高放放大后，信號實現(xiàn)了增益約為11倍左右，但信號仍十分弱，示波器顯示波形存在毛刺，顯示結(jié)果有一定的上下變動。圖.2電路板實物圖背面(3) 混頻電路調(diào)試混頻電路通過調(diào)節(jié)混頻電路的電容來改變電路輸出的信號的頻率，高頻放大電路的輸 出和本振產(chǎn)生的震蕩信號作為輸入信號，觀察輸出信