FMAM收音機原理與制作講解

1、通信工程系電子綜合實踐課程設計 FM/AM收音機原理與制作學生姓名學 號所 在 系通信工程專業(yè)名稱計算機通信班 級指導教師二一二年六月 目 錄目 錄1前 言21 通信的基本概念21.1 通信的定義21.2 幾個名詞：信息、消息、信號22 通信系統(tǒng)22.1 通信系統(tǒng)的組成22.2 通信系統(tǒng)的分類33 無線電波信號53.1 無線電波53.2 無線電發(fā)射與接收基本原理63.3 無線電波的發(fā)射64 調幅收音機74.1 收音機原理圖74.2 超外差式收音機95 輸入調諧回路105.1 輸入調諧回路的作用與要求105.2 輸入調諧回路的組成與工作原理116 變頻電路126.1 變頻電路的基本組成126.2

2、 變頻原理127 中頻放大級(是超外差式收音機的重要組成部分)137.1 中頻放大級的作用137.2 對中頻放大級的基本要求138 檢波電路148.1 檢波電路的作用158.2 檢波電路的要求158.3 檢波原理159 調試15小結17參考文獻：18前 言近幾年來，鑒于以蜂窩移動為代表的各類無線通信業(yè)務猛增，人們已不滿足于傳送話音，還要求傳送高速數(shù)據(jù)和活動圖像。因而，需要在有限的無線信道頻帶內，傳送高速數(shù)據(jù)、寬帶信號。然而，高速、寬帶信號，在通過移動的時變多徑信道傳輸時，會引起嚴重的衰落現(xiàn)象，通信無法保證。為此，通信理論工作者研究出了很多抗各類衰落和抗干擾的新對策，如：LDPC碼、正交頻分復用

3、（OFDM）多載波調制、多天線系統(tǒng)、多用戶檢測、鏈路自適應技術等信理論和新技術。20世紀，電信技術得到極大發(fā)展，特別是全球范圍電話網(wǎng)絡的形成，導致通信新技術的不斷出現(xiàn)，即用同軸電纜代替雙絞線，使系統(tǒng)的容量大大增加。微波系統(tǒng)的產(chǎn)生于應用，使通信系統(tǒng)的容量進一步的增加?？v觀電信技術發(fā)展的全過程，可以發(fā)現(xiàn)一個明顯的特點頻率是有低電頻向高電頻端不斷發(fā)展的。可以這樣說，電信技術的發(fā)展歷史是不斷開拓更高頻率或更短波長的歷史。從長波、中波、短波超短波發(fā)展到微波，這期間幾乎每隔6年頻率遞增一個數(shù)量級。20世紀70年代出現(xiàn)的光纖通信引發(fā)了通信技術新的革命，由于光纖極寬的帶寬和極小的損耗，使通信技術的容量提高了幾

4、個數(shù)量級，成為世界應用最廣泛的通信技術。1 通信的基本概念1.1 通信的定義利用電子等技術手段，借助電信號(含光信號)實現(xiàn)從一地向另一地進行消息的有效傳遞和交換，稱為通信。通信的實質是實現(xiàn)信息的傳輸與交換。將一切信息從發(fā)送者傳到接收者的過程。1.2 幾個名詞：信息、消息、信號信息是一種不確定度的描述，是消息中包含有意義的內容。 消息中包含了信息，消息有不同的形式，如符號、文字、語音、數(shù)據(jù)、圖象等，根據(jù)所傳的消息不同分成了目前的各種 通信業(yè)務。不同的消息中可以包含相同的信息我們可以從消息中提取信息。信號為消息的表示形式，在通信系統(tǒng)中傳遞的實際是各種消息的電(光)信號，是信息具體的存載體。2 通信

5、系統(tǒng)2.1 通信系統(tǒng)的組成實現(xiàn)信息傳遞所需的技術設備和傳輸媒質的總和稱為通信系統(tǒng)。發(fā)端設備傳輸介質（信道）接收設備信源噪聲源信宿 圖2.1 -1 通信系統(tǒng)模型 在通信系統(tǒng)過程中，信源、信宿、信道是信息傳播的三大要素。信源是信息的發(fā)源地，信源及信息源的作用是把各種可能的消息轉換成原始電信號。信宿是傳輸信息的歸宿，其作用是將復原的原始信號轉換成相應的消息，可以是有線的，也可以是無線的，而有線和無線又都有多種傳輸媒質。信道即傳遞信息帶的通道，是信源和信宿之間聯(lián)系的紐帶。發(fā)端設備與接收設備：發(fā)端設備對原始信號完成某種變換（如調制或編碼），再送入傳輸介質（信道）；接收設備與發(fā)端設備功能相反，從接收信號中

6、 復原出原始信號（如解調、譯碼等）。噪聲源：是信道中的噪聲及分散在通信系統(tǒng)其它各處的噪聲 的集中表示。在任何系統(tǒng)中必然存在，對通信的質量（可靠性）產(chǎn)生影響。因此通信系統(tǒng)設計的任務就是： 克服距離障礙，迅速、可靠地傳遞信息。2.2 通信系統(tǒng)的分類2.2.1 按傳輸媒體分類： 有線通信：光纜、電纜、導線等無線通信：無線電波、衛(wèi)星、散射、紅外線等2.2.2 按傳輸信號類型分 ：2.2.2.1 模擬通信：攜帶消息的電信號參量是連續(xù)變化的，也稱連續(xù)信號。連續(xù)是指信號的某一參量是連續(xù)變化的，而不一定是時間連續(xù)的。圖2.2.2.21模擬信號波2.2.2.2 數(shù)字通信：攜帶消息的電信號參量是離散變化的，也稱離

7、散信號。如：數(shù)據(jù)信號、電報信號、PCM信號等。離散是指信號的某一參量是離散變化的，而不一定是時間離散的。 圖2.2.2.2-1 數(shù)字信號波形2.2.2.3 模擬通信系統(tǒng)：傳輸模擬信號的通信系統(tǒng)。頻帶信號基帶信號基帶信號圖2.2.2.3-1 模擬通信系統(tǒng)模型2.2.2.4 數(shù)字通信系統(tǒng)：傳輸數(shù)字信號的通信系統(tǒng)圖2.2.2.41 數(shù)字通信系統(tǒng)模型3 無線電波信號3.1 無線電波 無線電波是指在自由空間（包括空氣和真空）傳播的射頻頻段的電磁波。在通過、有交流帶你的導線周圍，就有變化的磁場存在，變化的磁場在它的周圍有引起變化的電場，而變化的電場又在周圍更遠的地方引起變化的磁場，這樣電場和磁場不斷地相互

8、交替產(chǎn)生，就能把電磁場向周圍空間傳播。波長大于1mm，頻率小于300GHz的電磁波是無線電波。 無線電波是一種能量的傳播形式，電場和磁場在空間中是相互垂直的，并都垂直于傳播方向，在真空中的傳播速度等于光速的約300000千米/秒。3.2 無線電發(fā)射與接收基本原理3.2.1 無線電發(fā)射的基本原理 我們已經(jīng)知道利用天線可以把無線電波向空中發(fā)射出去，但是天線的長度必須和電磁波長相對應，才能有效地發(fā)射。而且只有頻率相當高的電磁場才具有輻射能力，因此利用頻率較高的無線電波才能傳送信號。因此把無線波發(fā)射機種產(chǎn)生的高頻振蕩作為“載波”，將音頻信號加到“載波”上。這個過程叫做調制。經(jīng)過調制以后的高頻振蕩叫做已

9、調信號。利用傳輸線可把已調信號送到發(fā)射天線，變成無線電波，發(fā)射到空間去。經(jīng)過調制以后可以使廣播信號有效的發(fā)射，而且不同的發(fā)射機可以用不同的“載波”頻率，使彼此互不干擾。一臺廣播發(fā)射機應該包括四個部分：一是聲音的變換域放大，這一部分的頻率較低，叫做低頻部分；二是高頻振蕩的產(chǎn)生、放大、調制和高頻功率放大，統(tǒng)稱高頻部分；三是天線與傳輸線；四是直流電源部分。話筒和音頻放大器的作用，是把聲音變換成調制器所需的一定強度的音頻電信號。高頻振蕩器的作用是產(chǎn)生高頻正弦振蕩，即載波，它的頻率叫做載頻。3.2.2 基本無線電接收原理由發(fā)射機發(fā)出的無線電波，經(jīng)接收機天線接收，轉變?yōu)楦袘妱?。從天線感應出的不同頻率的已

10、調波信號中選出所需信號的任務由輸入電路承擔。二輸入電路選出的信號，仍是已調波信號，不能用它去直接推動耳機或喇叭，還必須把它恢復成音頻信號。這種從已調波信號中檢出音頻信號的過程，叫做檢波或解調。3.3 無線電波的發(fā)射3.3.1 載波 用來運載音頻信號的無線電波叫做載波。3.3.2 調制 用低頻信號控制高頻載波的過程叫做調制，低頻信號叫做調制信號。如果載波的幅度被低頻信號控制，這種調制叫做調幅；如果載波的頻率被低頻調制信號所控制，這種調制叫做調頻，如果載波的初相被低頻調制信號所控制，這種調制叫做調相。經(jīng)過調制后的電磁波叫做已調波，它可以通過天線向空間輻射出去。 圖 3.31 調幅、調頻、調相3.3

11、.4 解調從已調波中，將低頻調制信號還原出來的過程叫做解調。解調又有檢波和鑒頻之分。4 調幅收音機 4.1 收音機原理圖圖4.11 收音機原理圖圖4.12 IC CXA1191M圖4.13 IC CXA1191M表4.14 色環(huán)電阻表色環(huán)第一色環(huán)有效數(shù)字第二色環(huán)有效數(shù)字第三色環(huán)有效數(shù)字第四色環(huán)應乘倍率第五色環(huán)誤差黑0001黑111101紅2221022橙333103黃444104綠5551050.5藍6661060.25紫7771070.1灰888108 0.05白999109金0.15%銀0.0110%無色20%4.2 超外差式收音機超外差式收音機最突出的特點：它把接收的電臺信號與本機振蕩信

12、號同時送入變頻管進行混頻，并始終保持本機振蕩頻率比外來信號頻率高465Hz，通過選頻電路，取兩個信號的“差頻”進行中頻放大。這種電路叫做超外差式電路，采用超外差式電路的收音機叫做超外差式收音機。4.2.1 超外差式收音機的基本組成超外差式收音機由輸入回路、變頻器、中頻放大器、檢波器、AGC電路、低頻放大級、功率放大級和揚聲器組成圖4.2.11 超外差式收音機方框圖4.2.2 超外差式收音機工作過程輸入回路從無線接收到的許多廣播電臺發(fā)射出的高頻調幅波信號，選擇出所需要接收的電臺的信號，將它送到混頻管。收音機中的本機振蕩電路產(chǎn)生高頻調幅振蕩信號，也被送到混頻管。利用晶體管的非線性作用，這兩種信號經(jīng)

13、混頻后，輸出多種不同頻率信號。其頻率有：兩種信號原有頻率、這兩種信號的“和頻”、“差頻”等。其中差頻為465kHz，由選頻回路選出465kHz的中頻信號，將其送到中頻放大器放大，經(jīng)放大后的中頻信號再送到檢波器檢波，還原成音頻信號；音頻信號再經(jīng)前置低頻放大和功率放大送到揚聲器，由揚聲器還原成聲音。4.2.3 超外差式收音機的特點a) 在接收波段范圍內，對信號放大量均勻一致: 由于變頻級將外來的高頻已調波信號變?yōu)?65kHz的固定中頻，然后對固定中頻信號進行放大。因此，在整個接收波段范圍內，放大量均勻一致。b) 靈敏度高: 輸入回路選擇出的高頻已調波信號，經(jīng)變頻級變頻后，信號頻率變?yōu)楣潭ㄖ蓄l，能夠

14、使晶體管工作在放大量較大的最佳工作狀態(tài)。c) 選擇性好: 由于“差頻”的作用，只有外來信號與本機振蕩信號的頻率之差為465kHz，才能進入中頻放大電路。又由于中頻放大器的負載為諧振回路，因此，選頻特性好。5 輸入調諧回路5.1 輸入調諧回路的作用與要求輸入調諧回路的作用：從天線接收下來的多個電臺信號中選擇出所要接收的電臺信號，并抑制掉其它不需要的電臺信號及各種干擾及噪聲信號。輸入調諧回路的要求：良好的選擇性、頻率覆蓋要足夠寬、電壓傳輸系數(shù)要大而且要穩(wěn)定。5.2 輸入調諧回路的組成與工作原理輸入調諧回路有磁性天線輸入調諧回路和具有外接天線的輸入調諧回路，今天我們所講的是中波磁性天線輸入調諧回路。

15、5.2.1 中波磁性天線輸入調諧回路的組成 圖5.2.1-1 中波磁性天線輸入調諧回路上圖由調諧電容（C1a），調諧線圈（L1），補償電容（），中波磁性天線（俗稱磁棒）及輸入線圈(L2)組成。圖中C2是第一級（變頻級）放大電路輸入端的交流旁路電容。C1b是本機振蕩的調諧電容，它是與輸入調諧電容器C1a制作在一起的雙連可變電容器。C1a與C1b之間的虛線表示這兩個電容器的轉動軸是連動的中波磁性天線長度為520cm，它的作用是把磁性天線附近的電波匯聚到磁性天線上，并感應給調諧線圈L1。 中波調諧線圈L1通常使用0.07mm*7的多股銅制紗包線，采用單層密線的方法制成。也可以用單股銅制漆包線繞制。一

16、般為80120匝。輸入線圈L2一般為L1匝數(shù)的十分之一左右。5.2.1.1 輸入調諧電容為了滿足變頻電路實現(xiàn)輸入調諧回路與本機振蕩電路頻率跟蹤的需要，以保證本振電路的振蕩頻率始終比輸入調諧回路的頻率高465KHz，實現(xiàn)中應用雙連可變電容器，即輸入調諧電容C1a與根本振電路中的振蕩電容C1b是安裝在同一轉動軸上的兩個可變電容。當轉動雙連可變電容器的轉軸時，C1a與C1b的容量將同時發(fā)生變化。圖5.2.1.11 輸入調諧電路5.2.1.2 補償電容C2輸入調諧回路的補償電容C2與本機振蕩電路中的墊整電容C5都是一個容量只有幾個PF的小型微調電容器，也可稱為半可調電容器。 6 變頻電路6.1 變頻電

17、路的基本組成 變頻電路由本機振蕩器，混頻器和選頻回路（中頻諧振回路）三部分組成。用以至晶體管完成本機振蕩和混頻的電路叫做混頻器。用兩只晶體管分別完成本機振蕩和混頻的電路叫做變頻器。兩者的工作的原理是相同的。6.2 變頻原理把本機振蕩產(chǎn)生的高頻等幅振蕩信號f1輸入回路選擇出來的廣播電臺的高頻已調波信號f2，同時加到非線性元件的輸入端。由于元件的非線性作用，在輸出端除了輸出原來輸入的頻率f1 、f2 的信號外，還將按照一定規(guī)律，輸出頻率為f1+f2 、f1f2 等多種信號。在設計電路時，使本機振蕩的頻率比外來高頻信號的頻率，始終高出465kHz。在輸出端采用調諧回路，并使回路的諧振頻率為465kH

18、z，然后將選出的465kHz的中頻信號送到中頻放大器去放大。以上三種頻率之間的關系： 本機振蕩頻率 輸入信號頻率 = 中頻圖6.2-1 變頻電路的結構框圖及圖中各點的波形圖6.2-2 收音機的變頻電路7 中頻放大級(是超外差式收音機的重要組成部分)7.1 中頻放大級的作用 中頻放大級有兩個作用：一個是將變頻級輸送來的465kHz的中頻信號進行放大，提高靈敏度；對另一個作用是對中頻信號進一步篩選，提高選擇性。然后，將篩選出來的放大的中頻信號，送到檢波級去檢波。7.2 對中頻放大級的基本要求a) 增益要高b) 選擇性要好c) 通頻帶要有一定寬帶d) 工作要穩(wěn)定7.3 中頻放大電路的組成中頻放大電路

19、有兩級中頻放大器和三個中頻變壓器組成。檢波中頻變壓器第一級中頻放大器中頻變壓器第二級中頻放大器中頻變壓器變頻圖7.31 中頻放大電路8 檢波電路檢波電路由檢波器件、低通濾波器及負載電阻（音量電位器）三部分組成。圖81 檢波電路的組成框圖及各點波形檢波電路的前面是中頻放大電路，中頻放大電路輸出的是465KHz的中頻調幅信號U1，經(jīng)過檢波器件檢波后，中頻調幅信號的下半部分被削除，成為含有殘余中頻信號的低頻脈動信號U2，再經(jīng)過低通濾波電路濾除殘余的中頻信號，即可在負載電路電阻上得到音頻信號U3，調節(jié)音量電位器，選出幅度適當?shù)囊纛l信號電壓，經(jīng)電容耦合送入低頻放大電路。8.1 檢波電路的作用從中頻放大電

20、路送來的調幅信號中解調出音頻信號并將解調出的音頻信號送入音頻放大電路。8.2 檢波電路的要求檢波電路的效率要高、失真要小、濾波性能良好。8.3 檢波原理中頻放大器輸出的中頻信號經(jīng)中頻變壓器T4二次繞組送入檢波三極管V6的發(fā)射極，利用二極管的單向導電特性，把中頻信號的負半周削去，變成只有正半周的中頻脈動信號。這個脈動信號中包含有直流成分、殘余的中頻信號及音頻包絡三部分。利用C6、R6、C7構成型濾波電路，濾除殘余的中頻信號。檢波后的音頻信號電壓降落在音量電位器Rp上，經(jīng)電容C9耦合送入低頻放大級。檢波后得到的直流電壓作為自動增益控制的AGC電壓，被送到受控的第一級中頻放大管V5的基極。圖8.31

21、 中頻放大器 9 調試如果噪聲過大，確認元件、焊接都無問題時，應著重考慮變頻級及中頻級電路，變頻管、中放管的值是否過大？增益是否過高？振蕩過強？如過高、過強，可以考慮在中頻變壓器的初級并聯(lián)120的電阻，在振蕩線圈次級并聯(lián)一只二極管或幾十千歐電阻。a) 試聽響度：調準電臺，試聽喇叭聲響，在30m2的房間放聲響亮，表明達到功率輸出要求。b) 失真度試查：聲音應柔和動聽，音量小時或大時的發(fā)音都很圓潤。失真度大的收音機聽上去有悶、嘶啞、不自然感覺。c) 試聽靈敏度：對準電臺方向，從最低端到最高端試收多少個電臺。電臺多，噪聲小為佳，收本省以外較遠的或電波較弱的電臺聲音較響，說明靈敏度高，合格。d) 試查選擇性：調準一個電臺，然后微微偏調頻率10%KHz左右，若聲音減少許多，表明合乎要求。小 結本學期課程設計組裝收音機收獲很大，在科技日益發(fā)展的今天，高科技的電子產(chǎn)品應不暇，收音機似乎已經(jīng)成為社會發(fā)展進步中的淘汰物，我們更多地是靠網(wǎng)絡、電視去獲取信息，收音機只在特定的時候會用到，比如考試時用來接收英語聽力。課余閑暇，我們已經(jīng)不會再用收音機去調自己喜歡的臺，收聽