調頻收音機設計

1、吉林建筑大學電氣與電子信息工程學院射頻通信電路課程設計報告設計題目： 調頻收音機的設計 專業(yè)班級： 信工111 學生姓名： 周立永 學 號： 10211129 指導教師： 楊佳 遲耀丹 設計時間： 2013.12.302014.1.10 教師評語：成績 評閱教師 日期 17目錄摘要1一、設計的作用、目的2二、設計任務及要求2三、設計內容2四、總體設計方案 2 4.1 頻率調制2 4.2 收音機工作原理55、 各單元電路設計65.1 高頻小信號放大電路65.2 本振電路75.3 混頻電路75.4 中頻放大電路85.5 低頻放大電路9 5.6 鑒頻電路105.7 元件清單11六、Multisim仿

2、真軟件介紹126.1Multisim詳細介紹126.2Multisim特點12七、仿真與分析14 7.1 低頻放大電路仿真分析14 7.2 高頻小信號電路仿真分析157.3 混頻器電路仿真分析167.4 中頻放大器電路仿真分析167.5 本振電路仿真177.6 鑒頻電路仿真18八、心得體會19九、參考文獻20附錄21摘要本次課程設計為調頻收音機的設計。由于集成電路內部不便制作電感、電容和大電阻以及可調元件，故外圍元件多以電感、電容和電阻及可調元件為主，組成各種控制、諧振、供電、濾波、耦合等電路。收音機通過調諧回路選出所需的電臺，送到變頻器與本機振蕩電路送出的本振信號進行混頻，然后選出差頻作為中

3、頻輸出，中頻信號經過檢波器檢波后輸出調制信號，調制信號經低頻放大、功率放大后獲得足夠的電流和電壓，即功率，再推動喇叭發(fā)出響的聲音。調頻部分實現(xiàn)88MHz 108MHz調頻廣播接收，調諧方式為手動步進調諧。關鍵詞：混頻，調諧回路，低頻功放一、設計的作用、目的課程設計是理論學習的延伸，是掌握所學知識的一種重要手段，對于貫徹理論聯(lián)系實際、提高學習質量、塑造自身能力等于有特殊作用。本次課程設計一方面通過對射頻通信系統(tǒng)的設計，使我們加深對理論知識的理解，同時增強其邏輯思維能力，另一方面對課堂所學理論知識作一個總結和補充。課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識發(fā)現(xiàn)提出分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)

4、是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程二、設計任務及要求通過課程設計各環(huán)節(jié)的實踐，應使學生達到如下要求：1.掌握調頻接收機的工作原理及具體實現(xiàn)方法；2.掌握Multisim的電路系統(tǒng)仿真。三、設計內容設計內容：設計一個簡易調頻收音機，具體要求如下：1、接收頻率范圍為88-108MHz；2、采用3V電池供電，使用揚聲器放音；3、接收FM波段的無線廣播；4、使用Multisim進行仿真。四、總體設計方案4.1頻率調制調頻（FM），就是高頻載波的頻率不是一個常數，是隨調制信號而在一定范圍內變化的調制方式，其幅值則是一個常數。與其對應的，調幅就是載頻的頻率是不變的，其幅值隨調制信號而變。一般干擾信號

5、總是疊加在信號上，改變其幅值。所以調頻波雖然受到干擾后幅度上也會有變化，但在接收端可以用限幅器將信號幅度上的變化削去，所以調頻波的抗干擾性極好，用收音機接收調頻廣播，基本上聽不到雜音。使載波頻率按照調制信號改變的調制方式叫調頻。已調波頻率變化的大小由調制信號的大小決定，變化的周期由調制信號的頻率決定。已調波的振幅保持不變。調頻波的波形，就像是個被壓縮得不均勻的彈簧，調頻波用英文字母FM表示。載波的瞬時頻率按調制信號的變化而變，但振幅不變的調制方式。載波經調頻后成為調頻波。用調頻波傳送信號可避免幅度干擾的影響而提高通信質量。廣泛應用在通信、調頻立體聲廣播和電視中。我們習慣上用FM來指一般的調頻廣

6、播（76-108MHz，在我國為87-108MHz、日本為76-90MHz），事實上FM也是一種調制方式，即使在短波范圍內的27-30MHz之間，做為業(yè)余電臺、太空、人造衛(wèi)星通訊應用的波段，也有采用調頻（FM）方式的。FM radio即為調頻收音機。FM調頻即收音機功能。作為MP3的一項附加功能。當然，如果你注重這個功能的話，也有做得不錯的產品。而在具體機型上，針對FM，不同產品還有細分，是否可以保存選定的頻道、可以保存多少個頻道、立體聲和普通聲道可以自己設定還是由機器來設定。調頻（FM）是用音頻信號去調制高頻載波的頻率，使高頻載波的瞬時頻率隨調制信號而有規(guī)律的變化，載波的幅度保持不變。已調波

7、頻率變化的大小由調制信號的大小決定，變化的周期由調制信號的頻率決定。已調波的振幅保持不變。調頻波的波形，就像是個被壓縮得不均勻的彈簧，調頻波用英文字母FM表示。設調制信號為：載波信號為：調頻時，載波電壓振幅度Ucm不變，而載波瞬時間頻率則隨調制信號規(guī)律變化，即為式中為載波角頻率，又稱為調頻波中心頻率；為比例常數表示載波頻率變化隨調制信號變化的程度大小。其值由調頻電路決定，單位是弧度/秒·伏（rad/s·v）；為瞬時角頻率相對于中心頻率的頻率偏移，簡稱頻偏。調頻后載波瞬時相位也會產生變化，其瞬時相位為：式中，為未調頻時載波相位；為調頻后，瞬時相位相對于的相位偏移。調頻波的數字

8、表示式為：根據上式可畫出調頻波的波形圖圖4-1 調頻從調頻波形可見，調頻波振幅保持不變。調頻波的頻率跟隨信號的變化規(guī)律而改變。即當調制信號幅度最大時，調頻波最密，頻率最大；而當調制信號負的絕對值最大時，調頻波最稀疏，頻率最低。調頻制無線電廣播多用超短波(甚高頻)無線電波傳送信號，使用頻率約為87MHz-108MHz，主要靠空間波傳送信號。目前，地面的廣播電視分做VHF(甚高頻或稱米波)和UHF(特高頻或稱分米波)兩個頻段。在我國，VHF頻段電視使用的頻率范圍是48.5MHz-300MHz，劃分成1-12頻道，UHF頻段使用的頻率范圍是470MHz-956MHz，劃分成：3-68頻道。它們基本上

9、都是靠空間波傳播的。國際上規(guī)定的衛(wèi)星廣播電視有6個頻段，主要頻段是12MHz，也是靠空間波傳播。 調頻（FM）廣播頻率是在VHF波段中劃分出的一段，規(guī)定專門用于廣播。電視信號的傳播也采用調頻方式，由于原理相近，因此可將調頻收音機接收頭作部分改動，使得收音機不僅能覆蓋87108MHz波段，還能達到更低頻率或更高頻率，這樣就能接收到電視伴音。4.2 收音機工作原理收音機的原理是把從天線接收到的高頻信號，經檢波還原成音頻信號，送到揚聲器變成音波。是把接收到的電臺高頻信號，用一個變頻級電路將它轉化為頻率固定的中頻信號，然后再對這個中頻信號進行多級放大，再檢波，低放。由于不同頻率的無線電波用途較廣、接收

10、的電波較多，所以音頻信號就會互相干擾，導致音響效果不好，所以當要選擇所需的電臺并把不要的信號“濾掉”，以免產生干擾，所以在我們收聽廣播時，使用選臺按鈕。由于中頻固定，且頻率比高頻已調信號低、中放的增益可以做的較大，工作較穩(wěn)定，通頻帶特性也可做的理想、這樣可以使檢波器獲得足夠大的信號，從而使整機輸出音質較好的音頻信號,，所以中頻調諧放大電路可以做到選擇性好、增益高又不易自激。這樣靈敏度和選擇性都可大幅度改善，而且可使整個波段接收靈敏度均勻!集成電路收音機的特點是：結構比較簡單，性能指標優(yōu)越，體積小等優(yōu)點。AM/FM型的收音機電路可用如圖1所示的方框圖來表示。收音機通過調諧回路選出所需的電臺，送到

11、變頻器與本機振蕩電路送出的本振信號進行混頻，然后選出差頻作為中頻輸出（我國規(guī)定的AM中頻為465KHZ，F(xiàn)M中頻為10.7MHZ），中頻信號經過檢波器檢波后輸出調制信號（低頻信號），調制信號（低頻信號）經低頻放大、功率放大后獲得足夠的電流和電壓，即功率，再推動喇叭發(fā)出響的聲音。本地振蕩低頻功放鑒頻中頻放大混頻高頻放大輸入調諧回路圖4-2 調頻收音機電路框圖五、各單元電路設計接收機電路的基本內容應該包括：1、高頻小信號放大電路2、振蕩器電路3、混頻電路4、中頻放大電路5、鑒頻電路6、低頻放大電路5.1高頻小信號放大電路晶體管高頻小信號放大器不僅要放大高頻信號，而且還要有一定的選頻、濾波作用，因此

12、晶體管的負載為LC并聯(lián)諧振回路。在高頻情況下，晶體管本身的極間電容及連接導線的分布參數等會影響的頻率和相位。 利用三極管的電流控制作用或場效應管的電壓控制作用將電源的功率轉換為按照輸入信號變化的電流。應用這一點，則集電極流過的電流會等于基極電流的倍，然后將這個信號用隔直電容隔離出來，就得到了電流(或電壓)是原先的倍的大信號，這現(xiàn)象成為三極管的放大作用。經過不斷的電流及電壓放大，就完成了功率放大。 圖5-1高頻小信號放大器 5.2 本振電路采用改進型電容三點式振蕩電路,本振電路的輸出頻率信號要與高頻放大電路的輸出信號進行混頻，得到一個中頻信號。要求本振電路輸出頻率必須穩(wěn)定，如果本振電路的輸出信號

13、不太穩(wěn)定，將引起混頻器輸出信號大小的改變，振蕩頻率的漂移也會使中頻信號改變。 圖5-2 本振電路5.3混頻電路變頻，是將信號頻率由一個量值變換為另一個量值的過程。具有這種功能的電路稱為變頻器（或混頻器），一般用混頻器產生中頻信號?；祛l器將天線上接收到的信號與本振產生?？梢赃@樣理解，為信號頻率量，為本振頻率量，產生和差頻。當混頻的頻率等于中頻時，這個信號可以通過中頻放大器，被放大后，進行峰值檢波。檢波后的信號被視頻放大器進行放大，然后顯示出來。由于本振電路的振蕩頻率隨著時間變化，因此頻譜分析儀在不同的時間接收的頻率是不同的。當本振振蕩器的頻率隨著時間進行掃描時，屏幕上就顯示出了被測信號在不同頻率

14、上的幅度，將不同頻率上信號的幅度記錄下來，就得到了被測信號的頻譜。從頻譜觀點看，混頻的作用就是將已調波的頻譜不失真地從fc搬移到中頻的位置上，因此，混頻電路是一種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。從工作性質可分為二類，即加法混頻器和減法混頻器分別得到和頻及差頻。從電路元件也可分為三極管混頻器和二極管混頻器。從電路分有混頻器（帶有獨立振蕩器）和變頻器（不帶有獨立振蕩器）?；祛l器和頻率混合器是有區(qū)別的。后者是把幾個頻率的信號線性的迭加在一起，不產生新的頻率。本次設計采用二極管環(huán)形混頻器。圖5-3 混頻器電路當V2為正半周時，則D1、D4管上電壓為正值，D1、D4管導通，而

15、D2、D3管上電壓為負值，D2、D3管截止。同理，當V2在負半周時，D2、D3管導通，D1、D4管截止。5.4中頻放大電路中頻放大器是功率放大器的一種，同時具有選頻的功能，即對特定頻段的功率增益高于其他頻段的增益。中放的作用有兩個主要目的：1、提高增益，因中頻信號頻率低，晶體管的參數及回路諧振電阻較大，因此易于獲得較高的增益。差外差接收機檢波前的總增益主要取決于中放電路。2、抑制鄰近頻道干擾。對中放的主要要求是：1、工作穩(wěn)定；2、失真小； 3、增益高；4、選擇性好；圖5-4 中頻放大電路5.5 低頻放大電路功率放大電路是任何電子線路不可或缺的組成部分，它是一種能量轉換的電路，在輸入信號的作用下

16、，晶體管把直流電源的能量轉換成隨機輸入信號變化的功率輸送給負載。功率放大電路質量的優(yōu)劣直接決定了負載能否止常工作。用專業(yè)的仿真軟件對功率放大電路進行仿真、分析，可以大大提高分析的速度和準確度，使功率放大電路的設計更好地滿足實際負載的需要。功率放大器，是指在給定失真率條件下，能產生最大功率輸出以驅動某一負載的放大器。功率放大器在整個音響系統(tǒng)中起到了“組織、協(xié)調”的樞紐作用，在某種程度上主宰著整個系統(tǒng)能否提供良好的音質輸出。圖5-5 低頻功率放大器5.6 鑒頻電路將調頻波經過移相電路變成調相調頻波，其相位的變化正好與調頻波瞬時頻率的變化成線性關系，用專業(yè)的仿真軟件對功率放大電路進行仿真、分析，可以

17、大大提高分析的速度和準確度，使功率放大電路的設計更好地滿足實際負載的需要。然后將調相調頻波與原調頻波進行相位比較，通過低通濾波器取出解調信號。圖5-6 鑒頻電路5.7 元件清單表5.1 元件清單元件編碼描述系列封裝電路圖VCC12VPOWER_SOURCES-總體原理圖GROUNDGROUNDPOWER_SOURCES-總體原理圖VDD-12VPOWER_SOURCES-總體原理圖C3350pFVARIABLE_CAPACITOR-總體原理圖C451pFCAPACITOR-總體原理圖R51kRESISTOR-總體原理圖R215kRESISTOR-總體原理圖L1500nHINDUCTOR-總體原

18、理圖R722kRESISTOR-總體原理圖C5470pFCAPACITOR-總體原理圖C6350pFVARIABLE_CAPACITOR-總體原理圖C751pFCAPACITOR-總體原理圖R101kRESISTOR-總體原理圖L41µHINDUCTOR-總體原理圖L3500nHINDUCTOR-總體原理圖Q12N2219BJT_NPNTO-39總體原理圖Q22N2219BJT_NPNTO-39總體原理圖L21µHINDUCTOR-總體原理圖L53.9µHINDUCTOR-總體原理圖L71µHINDUCTOR-總體原理圖Q32N2219BJT_NPNTO

19、-39總體原理圖L6300nHINDUCTOR-總體原理圖C21µFCAPACITOR-總體原理圖V2AM_VOLTAGESIGNAL_VOLTAGE_SOURCES-總體原理圖R86.8kRESISTOR-總體原理圖R920RESISTOR-總體原理圖C11100nFCAPACITOR-總體原理圖R1110RESISTOR-總體原理圖C9100nFCAPACITOR-總體原理圖C144.7nFCAPACITOR-總體原理圖R136.8kRESISTOR-總體原理圖R142kRESISTOR-總體原理圖R155kRESISTOR-總體原理圖R1682kPOTENTIOMETERLIN

20、_POT總體原理圖六、Multisim仿真軟件介紹6.1Multisim詳細介紹Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬/數字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復雜內容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設計，這也使其更適合電子學教育。通過Multisim和虛擬儀器技術，PCB設計工程師和電子學教育工作者可以完成從理論到

21、原理圖捕獲與仿真再到原型設計和測試這樣一個完整的綜合設計流程。6.2Multisim特點Multisim軟件是一個專門用于電子電路仿真與設計的EDA工具軟件。作為 Windows 下運行的個人桌面電子設計工具， Multisim 是一個完整的集成化設計環(huán)境。NI Multisim計算機仿真與虛擬儀器技術可以很好地解決理論教學與實際動手實驗相脫節(jié)的這一問題。學員可以很方便地把剛剛學到的理論知識用計算機仿真真實的再現(xiàn)出來，并且可以用虛擬儀器技術創(chuàng)造出真正屬于自己的儀表。Multisim軟件絕對是電子學教學的首選軟件工具。整個操作界面就像一個電子實驗工作臺，繪制電路所需的元器件和仿真所需的測試儀器均

22、可直接拖放到屏幕上，輕點鼠標可用導線將它們連接起來，軟件儀器的控制面板和操作方式都與實物相似，測量數據、波形和特性曲線如同在真實儀器上看到的；提供了世界主流元件提供商的超過17000多種元件，同時能方便的對元件各種參數進行編輯修改，能利用模型生成器以及代碼模式創(chuàng)建模型等功能，創(chuàng)建自己的元器件。以SPICE3F5和Xspice的內核作為仿真的引擎，通過Electronic workbench 帶有的增強設計功能將數字和混合模式的仿真性能進行優(yōu)化。包括SPICE仿真、RF仿真、MCU仿真、VHDL仿真、電路向導等功能。這些儀器的設置和使用與真實的一樣，動態(tài)互交顯示。除了Multisim提供的默認的

23、儀器外，還可以創(chuàng)建LabVIEW的自定義儀器，使得圖形環(huán)境中可以靈活地可升級地測試、測量及控制應用程序的儀器。它們利用仿真產生的數據執(zhí)行分析，分析范圍很廣，從基本的到極端的到不常見的都有，并可以將一個分析作為另一個分析的一部分的自動執(zhí)行。集成LabVIEW和Signalexpress快速進行原型開發(fā)和測試設計，具有符合行業(yè)標準的交互式測量和分析功能；提供基本射頻電路的設計、分析和仿真。射頻模塊由RF-specific（射頻特殊元件，包括自定義的RF SPICE模型）、用于創(chuàng)建用戶自定義的RF模型的模型生成器、兩個RF-specific儀器（Spectrum Analyzer頻譜分析儀和Netw

24、ork Analyzer網絡分析儀）、一些RF-specific分析（電路特性、匹配網絡單元、噪聲系數）等組成；支持4種類型的單片機芯片,支持對外部RAM、外部ROM、鍵盤和LCD等外圍設備的仿真，分別對4 種類型芯片提供匯編和編譯支持；所建項目支持C代碼、匯編代碼以及16進制代碼,并兼容第三方工具源代碼；包含設置斷點、單步運行、查看和編輯內部RAM、特殊功能寄存器等高級調試功能。完善的后處理對分析結果進行的數學運算操作類型包括算術運算、三角運算、指數運行、對數運算、復合運算、向量運算和邏輯運算等；能夠呈現(xiàn)材料清單、元件詳細報告、網絡報表、原理圖統(tǒng)計報告、多余門電路報告、模型數據報告、交叉報表

25、7種報告；提供了轉換原理圖和仿真數據到其他程序的方法，可以輸出原理圖到PCB布線輸出仿真結果到MathCAD、Excel或LabVIEW；輸出網絡表文件；向前和返回注；提供互聯(lián)網共享文件七、仿真與分析7.1低頻放大電路仿真分析Q1管組成推動級(即前置放大級)，Q3和Q2為對管，組成功率放大電路。Q1和Q2管都接成射極輸出形式，因此具有輸出電阻低，負載能力強的優(yōu)點，適合做功率輸出。低頻功率放大電路 。Q1管工作在甲類放大狀態(tài)，集電極電流I。為Q3和Q2 提供合適的靜態(tài)電流，從而Q3和Q2管工作在甲乙類狀態(tài)，以避免輸出出現(xiàn)交越失真，電位約為電源電壓的一半，一端連接形成交、直流電壓并聯(lián)負反

26、饋，從而穩(wěn)定了放大電路的靜態(tài)工作點，又改善了輸出的非線性失真。圖7-1 低頻仿真結果7.2高頻小信號電路仿真分析為了使高頻功率放大器有高效率地輸出大功率，常常選擇工作在丙類狀態(tài)下的工作，我們知道，呈電阻性的耗散功率等于流過該元件的電流和元件兩端電壓的乘積，只有在激勵信號為正值的一段時間內才有集電極電流產生，所以耗散功率小。晶體管的作用是在將供電電源的直流能量轉變?yōu)榻涣髂芰康倪^程中起開關控制作用，諧振回路中LC是晶體管的負載，電路工作在丙類工作狀態(tài)。圖7-2 高頻小信號仿真結果7.3混頻器電路仿真分析混頻器直接放大后就進行檢波，這就是所謂的直接放大式接收機，這樣的接收機，經過混頻變成固定的中頻后

27、，可以對中頻進行較高增益的放大，因為中頻是固定的，所以中頻放大器是穩(wěn)定的，在檢波前可以得到足夠的放大，使接收機的靈敏度得到了很大的提高。圖7-3 混頻器仿真結果7.4中頻放大電路仿真分析將中放電路的輸出信號耦合至檢波電路，提高了高頻部分的增益，防止了高頻補償造成的失真。 圖7-4 中頻放大器仿真結果7.5本振電路仿真 鑒頻電路，實現(xiàn)鑒頻的電路稱為鑒頻器,也叫頻率檢波器。常用的鑒頻電路有比例鑒頻電路和相位鑒頻電路,它們的工作原理相同,都是先把等幅的調頻波變換成幅度按調制信號規(guī)律變化的調頻調幅波,然后,用振幅檢波器把幅度的變化檢出來,得到原來的調制信號鑒頻電路的仿真圖7-5 本振電路仿真結果7.6 鑒頻電路仿真 鑒頻電路，實現(xiàn)鑒頻的電路稱為鑒頻器,也叫頻率檢波器。常用的鑒頻電路有比例鑒頻電路和相位鑒頻電路,它們的工作原理相同,都是先把等幅的調頻波變換成幅度按調制信號規(guī)律變化的調頻調幅波,然后,用振幅檢波器把幅度的變化檢出來,得到原來的調制信號鑒頻電路的仿真中圖