調(diào)幅、調(diào)頻廣播收音機 設(shè)計

1、蘭州理工大學課程設(shè)計報告*實踐教學*蘭州理工大學計算機與通信學院2012年秋季學期通信電子線路課程設(shè)計報告題 目： 調(diào)幅、調(diào)頻廣播收音機 設(shè)計軟件仿真與硬件調(diào)測 班 級： 通信工程10級（4）班 設(shè)計小組成員：姓名： 何順全 學號： 10250403 成績： 姓名： 崔哲宇 學號： 10250405 成績： 姓名： 盧松品 學號： 10250410 成績： 指導教師： 何繼愛、鄭玉峰、陳昊 目錄一、前言2二、設(shè)計指標3三、系統(tǒng)總述4四、單元電路設(shè)計與仿真5 4.1輸入調(diào)諧電路5 4.2變頻電路5 4.3中頻放大電路6 4.4檢波和自動增益控制電路7 4.5前置低頻放大電路7 4.6 整機電路圖

2、設(shè)計8 4.7局部電路仿真8 4.8整體電路仿真13 4.9 仿真結(jié)果13五、硬件安裝與調(diào)試19 5.1印刷電路板上元件排列應(yīng)注意的問題19 5.2元器件檢查及安裝前的處理19 5.3機殼的安裝20六、設(shè)計總結(jié)22七、參考文獻23附錄一 實體照片24附錄二 元器件清單26一、前言隨著科學技術(shù)的發(fā)展，調(diào)頻收音機的應(yīng)用十分廣泛，尤其消費類占有相當?shù)氖袌?。從分離元件組成的收音機到由集成電路組成的收音機，調(diào)頻收音機技術(shù)已達到十分成熟的地步。在眾多種收音機中，調(diào)頻收音機以較高的技術(shù)含量和較高的音質(zhì)得到了廣泛的歡迎。 調(diào)頻發(fā)射機也以其良好的發(fā)射效果而被廣泛應(yīng)用。本論文主要介紹了利用分立元件組成的FM收音

3、機的設(shè)計全過程，包括電路各個模塊參數(shù)的計算，電路各個模塊的分析，電路板的焊接過程、調(diào)試過程，討論了在設(shè)計過程中遇到的問題以及如何解決問題。本次課程設(shè)計成果，基本上滿足要求，性能指標符合。而FM收音機電路的缺點是伴有音質(zhì)噪聲，需進一步改進。關(guān)鍵詞： FM收音機、差分式、焊接、調(diào)試二、設(shè)計指標2.1各模塊指標天線輸入信號頻率：87108MHz本振部分：輸出本振頻率為77.397.3MHZ可調(diào)混頻部分：(1)設(shè)計諧振頻率為10.7MHZ的中頻諧振回路 (2)混頻輸出頻率為10.7MHZ 中頻部分：（1）dB功率增益（2）陶瓷濾波器輸出端為10.7MHZ調(diào)制信號 檢波部分：（1）設(shè)計一個FM斜率鑒頻的

4、并聯(lián)諧振回路（2）檢波輸出為音頻信號 低頻功放部分：音頻信號的幅度可調(diào) 2.2 輸入調(diào)諧電路 輸入調(diào)諧電路由雙連可變電容器 初級線圈組成，是一并聯(lián)諧振電路，磁性天線線圈，從天線接收進來的高頻信號，通過輸入調(diào)諧電路的諧振選出需要的電臺信號，電臺信號頻率是f，當改變時，就能收到不同頻率的電臺信號。 2.3變頻電路 本機振蕩和混頻合起來稱為變頻電路。變頻電路中心，作用是把通過輸入調(diào)諧電路收到的不同頻率電臺信號(高頻信號)變換成固定的中頻信號。 三、系統(tǒng)總述 圖1 工作原理框圖ut放大的中頻調(diào)幅信號ut放大的音頻信號ut中頻調(diào)幅信號465kHzut音頻信號ut高頻調(diào)幅信號 圖2 信號解調(diào) 超外差電路是

5、將所要收聽的電臺在調(diào)諧電路里調(diào)好以后，經(jīng)過電路本身的作用，就變成另外一個預先確定好的頻率，然后再進行放大和檢波。這個固定的頻率，是由差頻的作用產(chǎn)生的。如果我們在收音機內(nèi)制造個振蕩電波(通常稱為本機振蕩)，使它和外來高頻調(diào)幅信號同時送到一個晶體管內(nèi)混合，這種工作叫混頻。由于晶體管的非線性作用導致混頻的結(jié)果就會產(chǎn)生一個新的頻率，這就是外差作用。采用了這種電路的收音機叫外差式收音機，混頻和振蕩的工作，合稱變頻。四、單元電路設(shè)計與仿真4.1輸入調(diào)諧電路輸入調(diào)諧電路的電路圖如圖3.1所示。輸入調(diào)諧電路由雙連可變電容器的和初級線圈組成，是一并聯(lián)諧振電路，T l是磁性天線線圈，從天線接收進來的高頻信號，通過

6、輸入調(diào)諧電路的諧振選出需要的電臺信號，當改變它時，就能收到不同頻率的電臺信號。 圖4.1 輸入調(diào)諧電路的電路圖 圖4.2 變頻電路的電路圖4.2變頻電路本機振蕩和混頻合起來稱為變頻電路。變頻電路是以VT1為中心，它的作用是把通過輸入調(diào)諧電路收到的不同頻率電臺信號(高頻信號)變換成固定的中頻信號。因為接收到的信號強度較弱，所以VT1同時起到高頻放大的作用。變頻電路的電路圖如圖3.2所示。本地振蕩電路VT1、T2、CB等元件組成本地振蕩電路，它的任務(wù)是產(chǎn)生一個比輸入信號頻率高的等幅高頻振蕩信號。由于C1對高頻信號相當于短路，T1的次級電感量又很小，對高頻信號提供了通路，所以本地振蕩電路是共基極電路

7、，選擇共基調(diào)發(fā)振蕩電路的原因是該電路對外來信號與本機振蕩電路之間的牽連干擾最小，工作穩(wěn)定，與共射式相比可獲得較高的頻率。振蕩頻率由T2、CB控制，CB是雙聯(lián)電容器的另一連，調(diào)節(jié)它以改變本地振蕩頻率。通過設(shè)計可變電容的值，使它的振蕩。因為CA和CB是聯(lián)動的，所以輸入線圈的諧振頻率會和本機振蕩頻率同時改變，使得本振頻率總是比外來信號高。T2是振蕩線圈，其初次級繞在同一磁芯上，它們把VT1的集電極輸出的放大了的振蕩信號以正反饋的形式耦合到振蕩回路，正反饋回路由T2的次級構(gòu)成，本地振蕩的電壓由T2的初級的抽頭引出，通過C2耦合到VT1的發(fā)射極上?；祛l電路混頻電路由VT1、T2的初級線圈等組成，是共發(fā)射

8、極電路。其工作過程是：輸入調(diào)諧電路(磁性天線)接收到的電臺信號，通過T1的次級線圈送到VT1的基極，本機振蕩信號又通過C2送到VT1和發(fā)射極，兩種頻率的信號在VT1中進行混頻，由于晶體三極管的非線性作用，混合的結(jié)果產(chǎn)生各種頻率的信號，其中有一種是本機振蕩頻率和電臺頻率的差等于465KHz的信號，這就是中頻信號?；祛l電路的負載是中頻變壓器，T3的初級線圈和內(nèi)部電容組成的并聯(lián)諧振電路，通過調(diào)整磁芯，使得它的諧振頻率是465KHz，可以把465KHz的中頻信號從多種頻率的信號中選擇出來，并通過T3的次級線圈耦合到下一級去，而其它信號幾乎被濾掉。CA，CB旁邊的半可變電容叫補償電容，是防止兩邊在最高和

9、最低頻率時頻率差不準而設(shè)置的，通過微調(diào)這兩個電容，使得在接收信號的頻率都與本地振蕩電路的頻率正好相差465KHz。4.3中頻放大電路 圖4.3 中頻放大電路圖 中頻放大電路主要由VT2、VT3組成的兩級中頻放大器。第一中放電路中的VT2負載是中頻變壓器T4，T4的線圈和內(nèi)部電容構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，諧振頻率是465KHz，起到再次選頻的作用。第二中放電路中的VT3既起到再次放大的作用，將信號從發(fā)射級送出，由R4提供靜態(tài)工作電壓。與直放式收音機相比，超外差式收音機靈敏度和選擇性都提高了許多，主要原因是有了中頻放大電路，它比高頻信號更容易調(diào)諧和放大。C3是為VT2,VT3的信號提供交流回路，同時隔開直

10、流,以免影響VT2的工作電壓。VT2,VT3的信號是高頻與低頻的混合信號,所以C3的值不能太小,否則會隔斷低頻信號的通路。4.4檢波和自動增益控制電路中頻信號經(jīng)一級中頻放大器充分放大后由T4耦合到檢波管VT3，VT3既起放大作用，又是檢波管，VT3構(gòu)成三極管檢波電路，這種電路檢波效率高，有較強的自動增益控制(AGC)作用。AGC控制電壓通過R3加到VT2的基極，其控制過程是： AGC是用直流電壓控制VT2的基極電壓,不需要高頻信號，所以C4濾掉AGC信號中的交流分量，保留直流分量。檢波級的主要任務(wù)是把中頻調(diào)幅信號還原成音頻信號， C5起濾去殘余的中頻成分的作用，保留低頻分量，輸入到下一級。4.

11、5前置低頻放大電路 前置低頻放大電路的電路圖如圖4.4所示。 圖4.4 前置低頻放大電路的電路圖 圖4.5 功率放大器電路的電路圖檢波濾波后的音頻信號由電位器RP送到前置低放管VT4，經(jīng)過低放可將音頻信號電壓放大幾十到幾百倍，但是音頻信號經(jīng)過放大后帶負載能力還很差，不能直接推動揚聲器工作，還需進行功率放大。旋轉(zhuǎn)電位器RP，改變RP的阻值，從而可以改變VT4的基極對地的信號電壓的大小，可達到控制音量的目的。C6是隔直流電容器，只讓交流信號通過，防止VT3的直流電壓影響VT4的工作點。4.6 整機電路圖設(shè)計圖4.6 整機電路圖4.7局部電路仿真4.7.1接收回路圖4-7 接收信號輸入回路 圖4-7

12、為單調(diào)諧輸入回路根據(jù)接收信號的中心頻率f0和接收信號的帶寬B，確定表示輸入回路諧振特性的品質(zhì)因數(shù)。根據(jù)中心頻率，確定回路電感L和電容C的值。其中，電容值不能太小，否則，分布電容會影響回路的穩(wěn)定性，一般取CCie(Cie表示下級高頻放大電路中晶體管的輸入電容)。為便于調(diào)整，實際電路中電容C常用固定電容和可變電容并聯(lián)的形式。在設(shè)計輸入回路時，還要考慮它與天線之間，以及它與下一級放大電路之間的阻抗匹配。所以，要事先確定天線的等效阻抗，以及放大電路的等效輸入阻抗。輸入回路可以采用部分接入的方法，改善下一級電路對輸入回路選頻性能的影響。在設(shè)計輸入回路時，還要考慮它與天線之間，以及它與下一級放大電路之間的

13、阻抗匹配。所以，要事先確定天線的等效阻抗，以及放大電路的等效輸入阻抗。輸入回路可以采用部分接入的方法，改善下一級電路對輸入回路選頻性能的影響。4.7.2高頻放大部分電路的設(shè)計： 高頻小信號放大電路的穩(wěn)定性是一項重要的指標，單管共發(fā)射極放大電路用作高頻放大器時，晶體管反相傳輸導納對放大器輸入導納的作用，會引起放大器工作不穩(wěn)定。當放大器采用下面所示的共射-共基級聯(lián)放大器時，共基電路的特點是輸入阻抗很低輸出阻抗很高，當它和共射電路連接時相當于放大器的負載導納很大，此時放大器的輸入導納晶體管內(nèi)部的反饋影響相應(yīng)減小，甚至可以不考慮內(nèi)部反饋的影響。在對電路進行定量分析時，可以把兩個級聯(lián)晶體管看做一個復合管

14、。這個復合管的導納參數(shù)由（y參數(shù)）由兩個晶體管的電壓，電流和y參數(shù)決定。一般選用同型號的晶體管作為復合管，那么他們的導納參數(shù)可以認為是相同的，只要知道這個復合管的等效導納參數(shù)，就可以把這類放大器看成一般的共射級放大器。經(jīng)過y參數(shù)的理論計算分析知，級聯(lián)放大器的增益計算方法和單管共射電路的增益計算方法相同，但是穩(wěn)定性卻大大提高。具體的設(shè)計電路圖如下：圖4-8 高頻放大部分電路設(shè)計4.7.3本機振蕩電路的設(shè)計： 本機振蕩即正弦波振蕩器，產(chǎn)生頻率為f的等幅振蕩信號。其振蕩信號與輸入信號載波同頻。振蕩信號要輸入解調(diào)器。具體的本振電路設(shè)計如下圖:圖4-9 高頻振蕩部分電路設(shè)計4.7.4 解調(diào)電路的設(shè)計：同

15、步檢波的電路如下： 圖4-10 同步解調(diào)部分電路設(shè)計因Multisim元件庫中沒有MC1496乘法器模塊，故電路原理圖中用及三個500電阻構(gòu)建內(nèi)部電路。、與、組成雙差分放大器，、組成的單差分放大器用以激勵。、及其偏置電路組成差分放大器、的恒流源。引腳8與10接入輸入電壓，1與4接另一輸入電壓，輸出電壓從引腳6與12輸出。引腳2與3外接電阻，對差分放大器、產(chǎn)生串聯(lián)電流負反饋，以擴展輸入電壓的線性動態(tài)范圍。引腳14為負電源端（雙電源供電時）或接地端（單電源供電時），引腳5外接電阻，用來調(diào)節(jié)偏置電流及鏡像電流的值。 4.7.5 音頻放大部分電路的設(shè)計：音頻功率放大器是調(diào)幅接收機的最后部分,用來將解調(diào)

16、后的低頻的微弱的語音信號進行功率放大，給揚聲器提供一定的輸出功率。當負載一定時希望輸出功率盡可能的大，輸出信號的非線性失真盡可能的小，效率盡可能的高.功放的常見電路形式有OTL電路和OCL電路。有用集成運算放大器和晶體管組成的電路也有用專用集成電路的功放.本次課程設(shè)計中采用的是集成運放組成的功放。 集成運算放大器是一種線性集成電路，使用起來較為方便。下面是由五端運放組成的典型功率放大電路：圖4-11 由集成運放組成音頻放大電路4.8整體電路仿真制作完各個分立部分的電路后,將各個部分的電路級聯(lián)起來,即可以得到整機的電路圖。首先要調(diào)整電路的靜態(tài)工作點,然后再分級調(diào)試,從前級單元電路開始,向后逐級聯(lián)

17、調(diào)。 圖4-12 設(shè)計完成的整機電路4.9 仿真結(jié)果 通過Multisim軟件對各部分電路的仿真結(jié)果如下：4.10.1信號接收回路仿真結(jié)果： 圖4-13 信號接收回路的仿真波形圖4.9.2高頻放大部分的仿真結(jié)果： 圖 4-14 高頻放大仿真波形圖4.9.3本機振蕩部分的仿真結(jié)果：圖4-15 本機振蕩仿真波形圖4.9.4解調(diào)部分部分的仿真結(jié)果：用集成模擬乘法器MC1496構(gòu)成的同步檢波解調(diào)部分在軟件中的仿真。仿真電路如下圖,其中輸入的兩個信號一個是AM調(diào)幅信號,另一個是與載波同頻率的本振信號。圖4-16 解調(diào)部分的仿真波形運行解調(diào)電路后的仿真結(jié)果如上圖，即是解調(diào)后的低頻波形。將解調(diào)后低頻信號輸入

18、由集成運放組成的音頻放大器中，由音頻放大器起放大作用。放大后的低頻信號再驅(qū)動揚聲器發(fā)聲。4.9.5功率放大部分仿真結(jié)果：圖4-17 功率放大部分仿真圖4.9.6整機部分仿真結(jié)果及分析： 在整機電路的仿真中：首先要模擬天線接收到的AM信號，具體的做法是在天線的接收端直接連接一個AM信號源。而信號源則可以直接從電路軟件中取用，只要調(diào)整好其相關(guān)參數(shù)即可。圖4-18 整機部分仿真圖 使用波特圖儀對功率放大電路的輸出信號進行頻率測量。在波特圖儀控制面板上，設(shè)定垂直軸的終值F為100dB，初值I為-200dB，水平軸的終值F為1GHz，初值為1mHz，且垂直軸和水平軸的坐標全設(shè)為對數(shù)方式（Log），觀察到

19、的幅頻特性曲線如圖5-7所示。用控制面板上的右移箭頭移動游標，找出電壓放大倍數(shù)下降3dB時所對應(yīng)的兩處頻率下限頻率 和上限頻率,兩者之差即為輸出信號的通頻帶BE。有圖可得出： =926.90KHz, =90.374KHz, 所以 BW=-=835.526KHz 即輸出信號的通頻帶為835.526KHz。 圖4-19 幅頻特性曲線五、硬件安裝與調(diào)試5.1印刷電路板上元件排列應(yīng)注意的問題 (1)磁性天線要水平安裝在整機的上端，不能豎直放。磁棒周圍不要放置大型的金屬元件。 (2)磁性天線與振蕩線圈要互相垂直，否則會引起兩種線圈不必要的耦合，影響收音機的性能。 (3)喇叭要裝在機殼上，不要固定在印刷電

20、路板上，否則容易引起高頻機振。電位器、雙連可變電容器和磁棒通常都是固定在印刷電路板上，其中磁棒必須采用非金屬支架固定，例如采用尼龍塑料支架。 (4)磁棒要盡量遠離喇叭，否則會使磁棒磁化，使收音機靈敏度降低，磁棒也要遠離輸入變壓器和中頻變壓器，尤其是第三中頻變壓器和與它相連接的檢波三極管，以防中頻信號及其諧波串人磁性天線回路引起收音機自激而產(chǎn)生嘯叫。 (5)電池應(yīng)盡量安排放在機殼底部，使整機重心降低。 (6)中頻變壓器在安排時，初級引線連接三極管集電極，次級引線連接下一極三極管的基極，它們的連接距離應(yīng)盡可能短些，這樣可以減小引線的分布電容和分布電感，防止因分布電容或分布電感過大而造成中頻頻率不穩(wěn)

21、定或引起中頻自激。三個中頻變壓器不要并排靠在一起，以免各級元件排列受影響，使前后級產(chǎn)生反饋而自激。 5.2元器件檢查及安裝前的處理 在進行收音機裝配前必須根據(jù)表621的元件清單逐一地對電阻、電容、電感線圈、變壓器、二極管、三極管進行測量，并依照第三章介紹的方法判斷元件的好壞。 為了保證收音機有足夠的靈敏度和音頻輸出功率，變頻管(BG1)值一般應(yīng)為5580之間；一中放三極管(BG2) 值為80120；二中放三極管(BG3) 值應(yīng)為80120；前置低頻三極管(BG5)值應(yīng)為80270；前置低頻三極管(BG6) 值應(yīng)為80270；功率放大三極管(BG7、BG8) 值應(yīng)選大于180較好，同時還要求兩管

22、的值、Iceo盡量一致，一般誤差在20以內(nèi)。 由于在收音機中，電源的最高電壓僅1.5V而一般三極管的耐壓都大于12V，所以在低壓工作的條件下通常不考慮管子的耐壓問題。 5.3機殼的安裝 (1)音窗的安裝固定 用電烙鐵把音窗插入機殼的五根白色塑料柱燙化一半，并和機殼熱壓在一起。 (2)周率板(刻度盤)的安裝 面對周率板數(shù)字，把塑料周率板左邊插入音窗格下邊，右邊有兩個和外殼相通的小孔，用兩根黑塑料釘(套件中的配件)插入小孔，在塑料機殼里邊用電烙鐵把塑料釘與機殼熱壓在一起。 (3)喇叭的安裝 喇叭和喇叭壓腳放在如圖6-2-4所示的位置，然后用兩個M35螺釘將喇叭緊固在機殼前蓋上。 (4)電池卡的安裝

23、 將電池正負極板分別焊上一根10cm的細包塑導線，負極彈簧卡在機殼左邊的卡槽里。正極片彎折部分朝下插入機殼右邊的卡槽里，將電池正極引線焊在喇叭任一個焊片上，然后再在喇叭的兩個焊片上分別焊一根10cm的細包塑導線待用。 5.4 機芯裝配步驟 (1)元件引腳上錫 根據(jù)表6-2-1的元件清單分別對電阻、電容、三極管、天線線圈進行鍍錫，鍍錫時首先用小刀或細砂紙擦凈元件引腳的垢層，用已預熱的電烙鐵讓元件引腳先上一層松香(鍍錫時起助焊作用)，然后再鍍上一層薄錫。特別要注意的是磁性天線線圈是用多股漆包線，用上述方法鍍錫很容易出現(xiàn)漆包線斷股，因此，用細砂紙擦凈漆包線表面漆層之前最好用 火柴燒一下線圈頭上的紗包

24、與漆層。也可用圖6-2-5所示的方法，在去紗包、漆皮同時把錫鍍上。以后隨著焊接水平的提高，逐步會感受到什么元件引腳需經(jīng)表面處理后鍍錫，什么元件引腳產(chǎn)品出廠時錫已經(jīng)鍍好不需要再鍍上層焊錫。 (2)找出“特殊元件”在印刷電路板上的位置 首先找出實物圖中的“特殊元件”：磁性天線線圈(B1)，雙連可變電容器(C1)，本機振蕩線圈(B2)，中頻變壓器(B3B4B5)，電位器(W)和輸入變壓器(B6)。然后從套件中找出這些元件(實物)，確認這些元件在電路圖中的代表符號，并與印刷電路板圖上這些元件的符號相對應(yīng)，確定出它們的安裝地點。最后根據(jù)上述元件引腳特點，固定方式在印刷電路板上找它們切實的安裝位置。值得注

25、意的是，本機振蕩線圈和中頻變壓器它們的引腳和固定方式是一樣的，為了防止它們之間相互裝錯，它們的安裝位置一方面可以從印刷電路板圖中的元件序號確定，另一方面可依據(jù)電原理圖的連接線來判定。 (3)元件的安裝 1.電位器(W)的安裝 將電位器在松香的助焊下焊在印刷電路板上，其安裝位置以裝上電位器撥盤，緊固印刷電路板與機殼后，撥盤不擦碰到機殼為宜。 2.雙連可變電容器(C1-A、C1-B)的安裝 雙連可變電容器三個引腳插入印刷電路板對應(yīng)的三個孔，然后用M2.55沉頭螺釘將雙連電容器緊固在印刷電路板上，最后將雙連電容器的引腳與印刷電路板對應(yīng)點用焊錫焊好。 3.變壓器(B3、B4、B5、B2、B6)的安裝

26、分別將中波振蕩線圈、中頻變壓器和輸入變壓器插入印刷線路板，然后將各個引出腳與電路板焊好。屏蔽罩的引腳暫時不要焊在電路板上，待整機安裝完畢收音機收到廣播后再將它們腳焊好。安裝中波振蕩線圈和中頻變壓器時，要注意變壓器的型號和磁帽顏色不要裝錯。由于輸入變壓器引線腳是固定在塑料框架上焊接時，固定引腳受熱，它周圍的塑料將軟化，所以在焊接過程中不能 晃動輸入變壓器，否則有可能將線圈引線漆包線拉斷。 4磁性天線的安裝 如圖6-2-2所示，將尼龍磁棒架從印刷電路板沒有銅箔的一面插入固定圓孔，然后用電烙鐵軟化固定尼龍桿，熱壓后尼龍磁棒架就緊固在印刷電路板上，穿入磁棒，套上天線線圈并使初級線圈靠磁棒的外側(cè)，然后分別將已鍍上焊錫的兩