通信電子線路課設(shè)

1、 蘭州理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告目錄一、前言1二、設(shè)計(jì)指標(biāo)2三、系統(tǒng)總述3四、單元電路設(shè)計(jì)與仿真54.1輸入回路54.2高頻諧振放大器54.3電容反饋三端振蕩器(考畢茲電路)74.3.1 振蕩器的概述74.3.2 LC選頻放大電路：74.4單差分對(duì)構(gòu)成的乘法器混頻電路94.5中頻諧振放大器104.6乘積型同步檢波114.6.1同步檢波的原理114.6.2同步檢波的作用11五、整機(jī)電路設(shè)計(jì)圖14六、設(shè)計(jì)總結(jié)15七、參考文獻(xiàn)15一、前言 信息傳遞是人類社會(huì)生活的重要內(nèi)容，沒(méi)有通信，人類社會(huì)是不可想象的。近年來(lái)，電子工業(yè)的發(fā)展非常驚人，當(dāng)然這些進(jìn)步都成了人類社會(huì)不可缺少的東西，1937年莫爾斯發(fā)明的有線電

2、報(bào)開(kāi)創(chuàng)了利用電傳遞信息的新時(shí)代。1876年貝爾發(fā)明的電話已成為我們?nèi)粘Ｉ钪型ㄐ诺闹匾ぞ撸?918年，調(diào)幅無(wú)線廣播調(diào)幅接收機(jī)的問(wèn)世；1936年，商業(yè)電視廣播開(kāi)播。伴隨著人類的文明，社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電信技術(shù)也以一日千里的速度飛速發(fā)展，然而無(wú)線通信在現(xiàn)在的生活中更重要，我們常用的手機(jī)，無(wú)線電話還有各種電器的遙控器等，大到航天小到玩具都離不開(kāi)發(fā)射和接收設(shè)備。調(diào)幅接收是目前應(yīng)用最廣泛的接收方式之一。調(diào)幅接收機(jī)是一種常用的廣播通信工具,有多種制作形式。在無(wú)線電廣播中可分為調(diào)幅制、調(diào)頻制兩種調(diào)制方式。低頻信號(hào)有效的發(fā)射出去需要經(jīng)過(guò)高頻信號(hào)調(diào)制，利用高頻信號(hào)作為載波，對(duì)信號(hào)進(jìn)行傳遞，可以用不同

3、的調(diào)制方式。目前調(diào)頻式或調(diào)幅式收音機(jī)，一般都采用超外差式，它具有靈敏度高、工作穩(wěn)定、選擇性好及失真度小等優(yōu)點(diǎn)。這次課程設(shè)計(jì)我選用的是超外差式調(diào)幅接收機(jī)。本設(shè)計(jì)包括輸入回路、高頻放大、本機(jī)振蕩與混頻、中頻放大、解調(diào)和低頻放大。輸入回路是選擇接收信號(hào)的部分,需要調(diào)諧于接收機(jī)的工作頻率;高頻放大是將輸入信號(hào)進(jìn)行放大,同樣需要調(diào)諧于接收機(jī)的工作頻率;解調(diào)是將已調(diào)信號(hào)還原成低頻信號(hào);本機(jī)振蕩則是為解調(diào)器提供與輸入信號(hào)載波同頻的信號(hào);最后的低頻功放則是將聲音信號(hào)放大。二、設(shè)計(jì)指標(biāo)2.1 范圍：535-1065kHz2.2 中頻頻率：465kHz2.3 靈敏度：14dB2.5 輸出功率：最大不失真功率100

4、mW2.6 消耗：靜態(tài)時(shí)，12mA，額定時(shí)約80Ma三、系統(tǒng)總述超外差式調(diào)幅接收機(jī)原理本設(shè)計(jì)采用超外差式調(diào)幅接收機(jī)。超外差式調(diào)幅接收機(jī)的組成原理框圖如圖3-1所示本振高頻放大中頻放大混頻輸入回 路 檢波低頻放大輸出回路 圖3-1 超外差式調(diào)幅接收機(jī)原理 圖中，高頻放大器由一級(jí)或多級(jí)小信號(hào)調(diào)諧放大器組成，用來(lái)放大電磁波在天線上感生的有用信號(hào)；同時(shí)，利用放大器中的諧振回路抑制其他頻率的干擾信號(hào)。由于諧振放大器的中心頻率隨所接收信號(hào)的頻率的不同而變化，因此，高頻放大器必須是可調(diào)諧的。混頻器是將已調(diào)信號(hào)不失真地變換為中頻已調(diào)信號(hào)的變換電路，本機(jī)振蕩器產(chǎn)生的高頻震蕩信號(hào)的頻率是載波頻率和中頻頻率之和。由

5、于載波頻率是隨接收信號(hào)的不同而變化的，所以，本振頻率是跟蹤載波頻率同步變化的，以使得中頻信號(hào)是固定值。中頻放大器用來(lái)放大中頻調(diào)幅信號(hào)，由于中頻頻率已固定，因此中頻放大器的選擇性和增益可以設(shè)計(jì)得很好，并使選擇性、放大性等性能得到極大的提高。檢波器濾去高頻分量，得到反映信息的調(diào)制信號(hào)。最后經(jīng)過(guò)功率放大器向揚(yáng)聲器提供必要的推動(dòng)功率。超外差調(diào)幅收音機(jī)基本原理：空間有許許多多電臺(tái)發(fā)送的電磁波，它們都自己的固定頻率，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

6、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。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

7、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、前置低放兼檢波級(jí)、低放級(jí)和公放級(jí)等部分組成，接受頻率范圍為535KHZ1605KHz的中波段。從天線接收到的微弱高頻信號(hào)V1先經(jīng)過(guò)一級(jí)或幾級(jí)高頻小信號(hào)放大器放大為V2，然后送至混頻器與本地振蕩器所產(chǎn)生的等幅振蕩電壓V3相混合，所得到的輸出電壓V4包絡(luò)線形狀不變，仍與原來(lái)的信號(hào)波形相似，但載波頻率則轉(zhuǎn)換為V2、V3兩個(gè)高頻頻率之差，這叫做中頻。中頻電壓V4再經(jīng)中頻放大器放大為V5，送入檢波器，得到檢波輸出電壓V6，最后再經(jīng)低頻放大器放大為V7，送至揚(yáng)聲器中轉(zhuǎn)變?yōu)槁曇粜盘?hào)。天線接收到的

8、高頻信號(hào)通過(guò)輸入，將所要收聽(tīng)的電臺(tái)在調(diào)諧電路里調(diào)好以后，經(jīng)過(guò)電路本身的作用，就變成另外一個(gè)預(yù)先確定，好的頻率（我國(guó)為465KHz），然后再進(jìn)行放大和檢波。這個(gè)固定的頻率，是由差頻的作用產(chǎn)生的。我們音機(jī)內(nèi)制造個(gè)振蕩電波(通常稱為本機(jī)振蕩)，使它和外來(lái)高頻調(diào)幅信號(hào)同時(shí)送到一個(gè)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(dǎo)致混頻的結(jié)果就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的頻率，這就是外差作用。任何電臺(tái)的頻率，由于都變成了中頻，放大起來(lái)就能得到相同的放大量。調(diào)諧回路的輸出，進(jìn)入混頻級(jí)的是高頻調(diào)制信號(hào)，即載波與其攜帶的音頻信號(hào)?；祛l器輸出的攜音頻包絡(luò)的中頻信號(hào)由中頻放大電路進(jìn)行一級(jí)、兩級(jí)甚至三級(jí)中頻放大，從而使得到達(dá)

9、二極管檢波器的中頻信號(hào)振幅足夠大。二極管將中頻信號(hào)振幅的包絡(luò)檢波出來(lái)，這個(gè)包絡(luò)就是我們需要的音頻信號(hào)。音頻信號(hào)最后交給低放級(jí)放大到我們需要的電平強(qiáng)度，然后推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出足夠的音量。四、單元電路設(shè)計(jì)與仿真4.1輸入回路磁性天線感應(yīng)來(lái)的信號(hào)送到諧振回路L1Ca，由于L1Ca諧振回路調(diào)諧在欲接收信號(hào)的回路上，因此其他的干擾信號(hào)將被抑制。輸入回路的設(shè)計(jì)如圖4.1-1所示 圖4-1 輸入回路輸入回路由電感線圈和可變電容構(gòu)成。由于本振頻率是跟蹤載波頻率同步變化的，因此該處的可變電容要Ca和后面的可變電容Cb聯(lián)調(diào)。磁性天線采用5mm13mm55mm的中波磁棒，初級(jí)用線經(jīng)017毫米的漆包線繞100圈，次級(jí)用同

10、規(guī)格的線繞10圈。這樣就把磁棒天線接收到的信號(hào)耦合到了cd端，繼而送到高頻放大器BG1的基極。T1是磁性天線線圈，從天線接收進(jìn)來(lái)的高頻信號(hào)，通過(guò)輸入調(diào)諧電路的諧振選出需要的電臺(tái)信號(hào)，當(dāng)改變Ca時(shí)，就能收到不同頻率的電臺(tái)信號(hào)。4.2高頻諧振放大器高頻諧振放大器是放大中心頻率在幾百兆赫茲到幾百千兆赫茲的放大器。它在通信電子系統(tǒng)中有著重要的用途，通常應(yīng)用在廣播、電視、通信、雷達(dá)等無(wú)線通信的前段接收機(jī)中，其對(duì)接收機(jī)的靈敏度、抗干擾性和選擇性等整機(jī)指標(biāo)有關(guān)鍵性影響。高頻諧振放大器主要由衰減網(wǎng)絡(luò)、LC諧振放大、電壓跟隨和電源四大模塊組成。衰減器采用電阻式型網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。LC諧振放大中選用功耗小的2N2222型

11、三極管進(jìn)行兩級(jí)放大,LC諧振部分為放大器的負(fù)載；電壓跟隨采用集成運(yùn)放OPA355，以實(shí)現(xiàn)電路阻抗的良好匹配；為了給放大器工作提供穩(wěn)壓電源，采用LM317穩(wěn)壓芯片設(shè)計(jì)了一個(gè)電源。經(jīng)測(cè)試，放大器低功耗、高增益，具有良好的選擇性。 圖4-2 高頻諧振放大器電路 圖4-3 高頻諧振放大器電路仿真波形4.3電容反饋三端振蕩器(考畢茲電路)4.3.1 振蕩器的概述振蕩器的種類很多，根據(jù)工作原理可分為反饋型振蕩器和負(fù)阻型振蕩器，根據(jù)所產(chǎn)生的波形可分為正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器；根據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)可分為L(zhǎng)C振蕩器晶體振蕩器RC振蕩器等。反饋型振蕩器的原理框圖如下： 圖 4-4 反饋振蕩器原理圖4.3.2 LC選頻

12、放大電路：基本電路就是通常所說(shuō)的三端式(又稱三點(diǎn)式)的振蕩器, 即LC回路的三個(gè)端點(diǎn)與晶體管的三個(gè)電極分別連接而成的電路。根據(jù)諧振回路的性質(zhì), 諧振時(shí)回路應(yīng)呈純電阻性, 因而有一般情況下, 回路Q值很高, 因此回路電流遠(yuǎn)大于晶體管的基極電流 ?b 、集電極電流? c以及發(fā)射極電流 ?e, 故有因此X1、 X2應(yīng)為同性質(zhì)的電抗元件?？籍吰濍娐返膬?yōu)點(diǎn)1電容反饋三端電路的優(yōu)點(diǎn)是振蕩波形好。2電路的頻率穩(wěn)定度較高，適當(dāng)加大回路的電容量，就可以減小不穩(wěn)定因素對(duì)振蕩頻率的影響。 圖4-5 電容三點(diǎn)式振蕩器電路 圖4-6 電容三點(diǎn)式振蕩器電路仿真波形4.4單差分對(duì)構(gòu)成的乘法器混頻電路 在現(xiàn)代通信和廣播電視接

13、收中，對(duì)接收到的信號(hào)再解調(diào)前要進(jìn)行混頻（也稱變頻）處理，將信號(hào)的中心頻率及各分量頻譜搬移至新的頻段各分量的頻率間隔和相對(duì)幅值保持不變。進(jìn)行這種頻率變換時(shí)，新的頻率等于等于原信號(hào)的頻率與某一參數(shù)頻率之和或差，取其和著稱為上混頻，取其差著稱為下混頻。新的中心頻率通常稱為中間頻率，簡(jiǎn)稱中頻，參考頻率稱為本機(jī)振蕩頻率，簡(jiǎn)稱本振。 由于混頻是頻譜的線性搬移，原則上講，用于振幅調(diào)制與解調(diào)的電路均可用于混頻，只需要改變輸入回路和輸出濾波器的參數(shù)。 乘法器能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)互不相關(guān)的模擬信號(hào)間的相乘功能，是一種普遍應(yīng)用的非線性模擬集成電路。在高頻電子線路中，振幅調(diào)制、同步、檢波、混頻、倍頻、鑒頻、鑒相等調(diào)制與解調(diào)的過(guò)

14、程，均可視為兩個(gè)信號(hào)相乘或包含相乘的過(guò)程。采用集成模擬乘法器實(shí)現(xiàn)上述功能比采用分立器件如二極管和三極管要簡(jiǎn)單得多，而且性能優(yōu)越。所以本實(shí)驗(yàn)采用乘法器電路實(shí)現(xiàn)混頻。模擬乘法器是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模擬信號(hào)相乘的器件，是一種通用性很強(qiáng)的非線性器件。因可變跨導(dǎo)差分對(duì)模擬乘法器具有精度高載漏小，工作頻帶寬等優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛用于振幅調(diào)制、解調(diào)和混頻。 圖4-7 單差分對(duì)構(gòu)成的乘法器混頻電路 圖4-8 單差分對(duì)構(gòu)成的乘法器混頻電路仿真波形4.5中頻諧振放大器中頻諧振放大器的主要作用是提高增益和抑制臨近干擾。中頻放大電路是指變頻輸出至檢波之間的電路，其性能直接影響接收機(jī)的靈敏度，選擇性和頻率特性等指標(biāo)。一般的接收機(jī)都采用

15、兩級(jí)中頻放大、三個(gè)中頻變壓器和中頻放大電路同時(shí)作用時(shí)選頻。放大中頻信號(hào)和耦合傳送信號(hào)對(duì)中頻放大電路的要求是：增益大，選擇性好，有一定寬度的中頻帶，放大電路的穩(wěn)定性要好等。 圖4-9 中頻諧振放大電路 圖4-10 中頻諧振放大電路仿真波形4.6乘積型同步檢波4.6.1同步檢波的原理同步檢波又稱為相干檢波，乘積型同步檢波由乘法器和低通濾波器組成。乘積型同步檢波的原理圖如圖4.5-1所示：低通濾波器 圖4-11 乘積型同步檢波原理圖 4.6.2同步檢波的作用同步檢波是用一個(gè)和載信號(hào)同頻同相的本振信號(hào)與以調(diào)信號(hào)相乘來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的解調(diào)。如下圖所示，已調(diào)信號(hào)和載波頻率都為50kHz,經(jīng)相乘器得到解調(diào)信號(hào)，然

16、后再經(jīng)過(guò)低通濾波器濾去高頻成分，得到所需的解調(diào)信號(hào)。其中紅色的為已調(diào)信號(hào)，綠色的為解調(diào)信號(hào)，藍(lán)色的為經(jīng)過(guò)低通濾波器之后的信號(hào)。 圖4-12 乘積型同步檢波電路圖 圖4-13 乘積型同步檢波仿真波形4.7低頻放大功率放大器的主要任務(wù)是輸出大的信號(hào)功率，它的輸入、輸出電壓和電流都較大，是大信號(hào)放大器。它消耗能量多，信號(hào)容易失真，輸出信號(hào)的功率大。低頻放大的作用是產(chǎn)生足夠大的功率，以便推動(dòng)喇叭工作。該低頻放大工作在乙類的放大電路，雖然管耗小，有利于提高效率，但存在嚴(yán)重的失真。如果用兩個(gè)管子，使之都工作在乙類放大狀態(tài)，但一個(gè)在正半周工作，另一個(gè)在副半周工作，同時(shí)使這兩個(gè)輸出波形都加在負(fù)載上，從而在負(fù)載

17、上得到一個(gè)完整的波形，這樣就能解決效率與失真的矛盾。此處的低頻放大指的是功率放大級(jí)的末前級(jí)，功能是對(duì)低頻信號(hào)進(jìn)行放大，其電路如圖4.6-1所示：圖4-14 低頻放大電路圖 圖4-15 低頻功率放大電路的仿真波形五、整機(jī)電路設(shè)計(jì)圖圖5-1 整機(jī)電路圖六、設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過(guò)我們組同學(xué)的商量，我拿到的設(shè)計(jì)任務(wù)為乘積型同步檢波電路和低頻功率放大器電路的設(shè)計(jì)。在拿到題目的幾天里，查閱了圖書館、internet網(wǎng)，閱讀了大量的調(diào)幅接收機(jī)設(shè)計(jì)的資料，并且整理了它們。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，使我懂得了調(diào)幅接收機(jī)的工作原理。在今后的實(shí)踐工作中，它將帶給我無(wú)窮的設(shè)計(jì)思路和啟發(fā)。在無(wú)線電信號(hào)接收處，先用接收天線將接收的電磁波轉(zhuǎn)

18、變?yōu)橐颜{(diào)波的電流，然后從這已調(diào)波電流中檢出原始信號(hào)，最后再用聽(tīng)筒或揚(yáng)聲器將檢波出的音頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為聲能音，就能聽(tīng)到聲音了。但是，接收天線接收的電磁波很微弱，為了提高接收機(jī)的靈敏度，可在檢波器之前加一級(jí)或幾級(jí)高頻小信號(hào)放大器，然后再檢波。檢波之后，再經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)牡皖l放大，最后送到揚(yáng)聲器轉(zhuǎn)為聲音，這樣的接收機(jī)叫做直接放大式接收機(jī)。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劇烈，所以采用了超外差式調(diào)幅接收機(jī)。這次課程設(shè)計(jì)雖然短暫，但卻給了我一次自主設(shè)計(jì)電路的機(jī)會(huì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，書本上學(xué)過(guò)的知識(shí)第一次完全在實(shí)際中實(shí)現(xiàn)，并且學(xué)到了在課本中不曾學(xué)過(guò)的知識(shí)。通過(guò)本次設(shè)計(jì)。留給我印象最深的是要設(shè)計(jì)一個(gè)成功的電路，必須要有耐力，要有堅(jiān)持的毅力。在整個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，遇到了許多困