通信電子線路課設

1、 蘭州理工大學課程設計報告目錄一、前言1二、設計指標2三、系統(tǒng)總述3四、單元電路設計與仿真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單差分對構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、整機電路設計圖14六、設計總結15七、參考文獻15一、前言 信息傳遞是人類社會生活的重要內容，沒有通信，人類社會是不可想象的。近年來，電子工業(yè)的發(fā)展非常驚人，當然這些進步都成了人類社會不可缺少的東西，1937年莫爾斯發(fā)明的有線電

2、報開創(chuàng)了利用電傳遞信息的新時代。1876年貝爾發(fā)明的電話已成為我們日常生活中通信的重要工具，1918年，調幅無線廣播調幅接收機的問世；1936年，商業(yè)電視廣播開播。伴隨著人類的文明，社會的進步和科學技術的發(fā)展，電信技術也以一日千里的速度飛速發(fā)展，然而無線通信在現(xiàn)在的生活中更重要，我們常用的手機，無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發(fā)射和接收設備。調幅接收是目前應用最廣泛的接收方式之一。調幅接收機是一種常用的廣播通信工具,有多種制作形式。在無線電廣播中可分為調幅制、調頻制兩種調制方式。低頻信號有效的發(fā)射出去需要經過高頻信號調制，利用高頻信號作為載波，對信號進行傳遞，可以用不同

3、的調制方式。目前調頻式或調幅式收音機，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。這次課程設計我選用的是超外差式調幅接收機。本設計包括輸入回路、高頻放大、本機振蕩與混頻、中頻放大、解調和低頻放大。輸入回路是選擇接收信號的部分,需要調諧于接收機的工作頻率;高頻放大是將輸入信號進行放大,同樣需要調諧于接收機的工作頻率;解調是將已調信號還原成低頻信號;本機振蕩則是為解調器提供與輸入信號載波同頻的信號;最后的低頻功放則是將聲音信號放大。二、設計指標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，12mA，額定時約80Ma三、系統(tǒng)總述超外差式調幅接收機原理本設計采用超外差式調幅接收機。超外差式調幅接收機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 超外差式調幅接收機原理 圖中，高頻放大器由一級或多級小信號調諧放大器組成，用來放大電磁波在天線上感生的有用信號；同時，利用放大器中的諧振回路抑制其他頻率的干擾信號。由于諧振放大器的中心頻率隨所接收信號的頻率的不同而變化，因此，高頻放大器必須是可調諧的?；祛l器是將已調信號不失真地變換為中頻已調信號的變換電路，本機振蕩器產生的高頻震蕩信號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，以使得中頻信號是固定值。中頻放大器用來放大中頻調幅信號，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計得很好，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，得到反映信息的調制信號。最后經過功率放大器向揚聲器提供必要的推動功率。超外差調幅收音機基本原理：空間有許許多多電臺發(fā)送的電磁波，它們都自己的固定頻率，收音機通過天線和由電感線圈和可變電容器組成的諧振電路（稱調諧電路）來選擇性的接收所需高頻信號。由調諧電路選擇出的所需要的電臺信號是已調幅的高頻信號，并且十分微弱，需要先經過高頻小信號放大器進行

6、放大處理，再經過變頻器（混頻器和本振）將高頻信號變?yōu)轭l率為465KHz的中頻信號，這是超外差式收音機的核心部分，由于它是調制信號，喇叭無法將這種信號直接還原成聲音，因此，必須從高頻信號中把音頻信號分離出來，這個分離過程稱為解調，或檢波。在收音機中，檢波是由半導體器件二極管或三極管來完成。調幅的高頻信號經檢波還原出音頻信號，再經過低頻功放然后送往喇叭，喇叭將音頻信號還原為聲音。收音機接收天線將廣播電臺播發(fā)的高頻的調幅波接收下來，通過變頻級把外來的各調幅波信號變換成一個低頻和高頻之間的固定頻率465KHz（中頻），然后進行放大，再由檢波級檢出音頻信號，送入低頻放大級放大，推動喇叭發(fā)聲。而不是把接收

7、天線接收下來的高頻調幅波直接放大去檢出音頻信號（直放式）。超外差式收音機由輸入回路高放混頻級、一級中放、二級中放、前置低放兼檢波級、低放級和公放級等部分組成，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V1先經過一級或幾級高頻小信號放大器放大為V2，然后送至混頻器與本地振蕩器所產生的等幅振蕩電壓V3相混合，所得到的輸出電壓V4包絡線形狀不變，仍與原來的信號波形相似，但載波頻率則轉換為V2、V3兩個高頻頻率之差，這叫做中頻。中頻電壓V4再經中頻放大器放大為V5，送入檢波器，得到檢波輸出電壓V6，最后再經低頻放大器放大為V7，送至揚聲器中轉變?yōu)槁曇粜盘?。天線接收到的

8、高頻信號通過輸入，將所要收聽的電臺在調諧電路里調好以后，經過電路本身的作用，就變成另外一個預先確定，好的頻率（我國為465KHz），然后再進行放大和檢波。這個固定的頻率，是由差頻的作用產生的。我們音機內制造個振蕩電波(通常稱為本機振蕩)，使它和外來高頻調幅信號同時送到一個晶體管內混合，這種工作叫混頻。由于晶體管的非線性作用導致混頻的結果就會產生一個新的頻率，這就是外差作用。任何電臺的頻率，由于都變成了中頻，放大起來就能得到相同的放大量。調諧回路的輸出，進入混頻級的是高頻調制信號，即載波與其攜帶的音頻信號?；祛l器輸出的攜音頻包絡的中頻信號由中頻放大電路進行一級、兩級甚至三級中頻放大，從而使得到達

9、二極管檢波器的中頻信號振幅足夠大。二極管將中頻信號振幅的包絡檢波出來，這個包絡就是我們需要的音頻信號。音頻信號最后交給低放級放大到我們需要的電平強度，然后推動揚聲器發(fā)出足夠的音量。四、單元電路設計與仿真4.1輸入回路磁性天線感應來的信號送到諧振回路L1Ca，由于L1Ca諧振回路調諧在欲接收信號的回路上，因此其他的干擾信號將被抑制。輸入回路的設計如圖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。磁性天線采用5mm13mm55mm的中波磁棒，初級用線經017毫米的漆包線繞100圈，次級用同

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，從天線接收進來的高頻信號，通過輸入調諧電路的諧振選出需要的電臺信號，當改變Ca時，就能收到不同頻率的電臺信號。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，通常應用在廣播、電視、通信、雷達等無線通信的前段接收機中，其對接收機的靈敏度、抗干擾性和選擇性等整機指標有關鍵性影響。高頻諧振放大器主要由衰減網絡、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絡實現(xiàn)。LC諧振放大中選用功耗小的2N2222型

11、三極管進行兩級放大,LC諧振部分為放大器的負載；電壓跟隨采用集成運放OPA355，以實現(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)壓芯片設計了一個電源。經測試，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阻型振蕩器，根據(jù)所產生的波形可分為正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器；根據(jù)選頻網絡可分為LC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的三端式(又稱三點式)的振蕩器, 即LC回路的三個端點與晶體管的三個電極分別連接而成的電路。根據(jù)諧振回路的性質, 諧振時回路應呈純電阻性, 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應為同性質的電抗元件。考畢茲電路的優(yōu)點1電容反饋三端電路的優(yōu)點是振蕩波形好。2電路的頻率穩(wěn)定度較高，適當加大回路的電容量，就可以減小不穩(wěn)定因素對振蕩頻率的影響。 圖4-5 電容三點式振蕩器電路 圖4-6 電容三點式振蕩器電路仿真波形4.4單差分對構成的乘法器混頻電路 在現(xiàn)代通信和廣播電視接

13、收中，對接收到的信號再解調前要進行混頻（也稱變頻）處理，將信號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幅值保持不變。進行這種頻率變換時，新的頻率等于等于原信號的頻率與某一參數(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，簡稱中頻，參考頻率稱為本機振蕩頻率，簡稱本振。 由于混頻是頻譜的線性搬移，原則上講，用于振幅調制與解調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)。 乘法器能實現(xiàn)兩個互不相關的模擬信號間的相乘功能，是一種普遍應用的非線性模擬集成電路。在高頻電子線路中，振幅調制、同步、檢波、混頻、倍頻、鑒頻、鑒相等調制與解調的過

14、程，均可視為兩個信號相乘或包含相乘的過程。采用集成模擬乘法器實現(xiàn)上述功能比采用分立器件如二極管和三極管要簡單得多，而且性能優(yōu)越。所以本實驗采用乘法器電路實現(xiàn)混頻。模擬乘法器是實現(xiàn)兩個模擬信號相乘的器件，是一種通用性很強的非線性器件。因可變跨導差分對模擬乘法器具有精度高載漏小，工作頻帶寬等優(yōu)點，因而廣泛用于振幅調制、解調和混頻。 圖4-7 單差分對構成的乘法器混頻電路 圖4-8 單差分對構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的靈敏度，選擇性和頻率特性等指標。一般的接收機都采用

15、兩級中頻放大、三個中頻變壓器和中頻放大電路同時作用時選頻。放大中頻信號和耦合傳送信號對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和載信號同頻同相的本振信號與以調信號相乘來實現(xiàn)信號的解調。如下圖所示，已調信號和載波頻率都為50kHz,經相乘器得到解調信號，然

16、后再經過低通濾波器濾去高頻成分，得到所需的解調信號。其中紅色的為已調信號，綠色的為解調信號，藍色的為經過低通濾波器之后的信號。 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是輸出大的信號功率，它的輸入、輸出電壓和電流都較大，是大信號放大器。它消耗能量多，信號容易失真，輸出信號的功率大。低頻放大的作用是產生足夠大的功率，以便推動喇叭工作。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，但存在嚴重的失真。如果用兩個管子，使之都工作在乙類放大狀態(tài)，但一個在正半周工作，另一個在副半周工作，同時使這兩個輸出波形都加在負載上，從而在負載

17、上得到一個完整的波形，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的末前級，功能是對低頻信號進行放大，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、整機電路設計圖圖5-1 整機電路圖六、設計總結經過我們組同學的商量，我拿到的設計任務為乘積型同步檢波電路和低頻功率放大器電路的設計。在拿到題目的幾天里，查閱了圖書館、internet網，閱讀了大量的調幅接收機設計的資料，并且整理了它們。通過這次課程設計，使我懂得了調幅接收機的工作原理。在今后的實踐工作中，它將帶給我無窮的設計思路和啟發(fā)。在無線電信號接收處，先用接收天線將接收的電磁波轉

18、變?yōu)橐颜{波的電流，然后從這已調波電流中檢出原始信號，最后再用聽筒或揚聲器將檢波出的音頻信號轉化為聲能音，就能聽到聲音了。但是，接收天線接收的電磁波很微弱，為了提高接收機的靈敏度，可在檢波器之前加一級或幾級高頻小信號放大器，然后再檢波。檢波之后，再經過適當?shù)牡皖l放大，最后送到揚聲器轉為聲音，這樣的接收機叫做直接放大式接收機。它的缺點是，對于不同的頻率，接收機的靈敏度和選擇性變化劇烈，所以采用了超外差式調幅接收機。這次課程設計雖然短暫，但卻給了我一次自主設計電路的機會。在設計過程中，書本上學過的知識第一次完全在實際中實現(xiàn)，并且學到了在課本中不曾學過的知識。通過本次設計。留給我印象最深的是要設計一個成功的電路，必須要有耐力，要有堅持的毅力。在整個設計的過程中，遇到了許多困