高頻課程設(shè)計(jì)之調(diào)頻接收機(jī)的設(shè)計(jì)3

1、調(diào)頻接收機(jī)的設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí) 測(cè)控13-2 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)教師 溫濤 設(shè)計(jì)時(shí)間 1月8號(hào) 一、選題意義3二、調(diào)頻接收機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)3三、調(diào)頻接收機(jī)組成及工作原理4四、單元電路設(shè)計(jì)及原理分析4五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容16六、心得體會(huì)17七、參考文獻(xiàn)17摘 要隨著現(xiàn)在社會(huì)的快速發(fā)展，人們都電子產(chǎn)品的要求越來越高，因而電子產(chǎn)品無論從制作上還是從銷售上都要求很高。要制作一個(gè)應(yīng)用性比較好的電子產(chǎn)品就離不開高頻電路，大到超級(jí)計(jì)算機(jī)、小到袖珍計(jì)算器，很多電子設(shè)備都有高頻電路。高頻電路大部分應(yīng)用于通信領(lǐng)域，信號(hào)的發(fā)射、傳輸、接收都離不開高頻電路。通信技術(shù)在我們的生活中廣泛應(yīng)用，而我所學(xué)的是電子信息工程，有一部分涉及的

2、是通信技術(shù)，所以對(duì)于這次設(shè)計(jì)，我選擇了調(diào)頻接收機(jī)。調(diào)頻接收機(jī)也是最廣泛應(yīng)用的。在本次設(shè)計(jì)中，其目的是得到一個(gè)調(diào)頻接收機(jī)機(jī)。調(diào)頻接收機(jī)的工作原理（包括輸入選頻網(wǎng)絡(luò)、高頻放大、變頻、中頻放大、解調(diào)、低放和低頻功放等）一、設(shè)計(jì)目的通過本課程設(shè)計(jì)與調(diào)試，提高動(dòng)手能力，鞏固已學(xué)的理論知識(shí)，能建立無線電調(diào)頻接收機(jī)的整機(jī)概念，了解調(diào)頻接收機(jī)整機(jī)各單元電路之間的關(guān)系及相互影響，從而能正確設(shè)計(jì)、計(jì)算調(diào)頻接收機(jī)的單各元電路：輸入回路、高頻放大、混頻、中頻放大、鑒頻及低頻功放級(jí)。初步掌握調(diào)頻接收機(jī)的調(diào)整及測(cè)試方法。二、調(diào)頻接收機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)1工作頻率范圍接收機(jī)可以接受到的無線電波的頻率范圍稱為接收機(jī)的工作頻率范圍

3、或波段覆蓋。接收機(jī)的工作頻率必須與發(fā)射機(jī)的工作頻率相對(duì)應(yīng)。如調(diào)頻廣播收音機(jī)的頻率范圍為88108MH，是因?yàn)檎{(diào)頻廣播收音機(jī)的工作范圍也為88108MHz2靈敏度接收機(jī)接收微弱信號(hào)的能力稱為靈敏度，通常用輸入信號(hào)電壓的大小來表示，接收的輸入信號(hào)越小，靈敏度越高。調(diào)頻廣播收音機(jī)的靈敏度一般為530uV。3選擇性接收機(jī)從各種信號(hào)和干擾中選出所需信號(hào)（或衰減不需要的信號(hào)）的能力稱為選擇性，單位用dB（分貝）表示dB數(shù)越高，選擇性越好。調(diào)頻收音機(jī)的中頻干擾應(yīng)大于50dB。4頻率特性接收機(jī)的頻率響應(yīng)范圍稱為頻率特性或通頻帶。調(diào)頻機(jī)的通頻帶一般為200KHz。5輸出功率接收機(jī)的負(fù)載輸出的最大不失真（或非線性

4、失真系數(shù)為給定值時(shí)）功率稱為輸出功率。三、 調(diào)頻接收機(jī)組成及工作原理：圖3-1 調(diào)頻接收機(jī)的組成一般調(diào)頻接收機(jī)的組成框圖如圖3-1所示。其工作原理是：天線接受到的高頻信號(hào)，經(jīng)輸入調(diào)諧回路選頻為f1，再經(jīng)高頻放大級(jí)放大進(jìn)入混頻級(jí)。本機(jī)振蕩器輸出的另一高頻 f2亦進(jìn)入混頻級(jí)，則混頻級(jí)的輸出為含有f1、f2、（f1+f2）、（f2-f1）等頻率分量的信號(hào)?；祛l級(jí)的輸出接調(diào)頻回路選出中頻信號(hào)（f2-f1），再經(jīng)中頻放大器放大，獲得足夠高增益，然后鑒頻器解調(diào)出低頻調(diào)制信號(hào)，由低頻功放級(jí)放大。由于天線接收到的高頻信號(hào)經(jīng)過混頻成為固定的中頻，再加以放大，因此接收機(jī)的靈敏度較高，選擇性較好，性能也比較穩(wěn)定。四

5、.單元電路設(shè)計(jì)及原理分析1. 高頻功率放大電路圖4-1高頻功率放大電路高頻功率放大電路如圖4-1所示, 他不僅要放大高頻信號(hào)，而且還要有一定的選頻作用，因此晶體管的負(fù)載為LC并聯(lián)諧振回路。其具體的工作原理如下：從天線ANTA1接收到的高頻信號(hào)經(jīng)過CA1、CCA1、LA1組成的選頻回路，選取信號(hào)為fs=10.7MHZ的有用信號(hào)，經(jīng)晶體管QA1進(jìn)行放大，由CA3、TA1初級(jí)組成的調(diào)諧回路，進(jìn)一步濾除無用信號(hào)，將有用信號(hào)經(jīng)變壓器和CB1耦合進(jìn)入ICB1(MC3361).2. 混頻電路因?yàn)橹蓄l比外來信號(hào)頻率低且固定不變，中頻放大器容易獲得比較大的增益，從而提高收音機(jī)的靈敏度。在較低而又固定的中頻上，還

6、可以用較復(fù)雜的回路系統(tǒng)或?yàn)V波器進(jìn)行選頻。它們具有接近理想矩形的選擇性曲線，因此有較高的鄰道選擇性。如果器件僅實(shí)現(xiàn)變頻，振蕩信號(hào)由其它器件產(chǎn)生則稱之為混頻器。二極管環(huán)形混頻電路 圖 4-2 二極管環(huán)形混頻電路 （ a ）原理電路 （ b ）等效電路A 、原理電路及其等效電路：如圖4-2 （ a ）、（ b ）所示。   對(duì)于圖4-2（ a ）所示電路，通常將 信號(hào)輸入端口稱之為 R 端口 ， 本振電壓輸入端口稱之為 L 端口， 中頻輸出信號(hào)端口稱之為 I 端口 。 需要說明的是： 二極管雙平衡組件用作雙邊帶調(diào)制電路時(shí)，由于變壓器的低頻響應(yīng)差，調(diào)制信號(hào)一般必須加到 I 端口，載波信號(hào)加到

7、 R 端口，所需雙邊帶信號(hào)從 L 端取出。二極管環(huán)形混頻器產(chǎn)品已形成完整的系列，它用保證二極管開關(guān)工作所需本振功率電平的高低進(jìn)行分類，其中常用的是 L evel 7 ， L evel 17 ， L evel 23 三種系列，它們所需的本振功率分別為 7dBm(5mW) ， 17dBm(50mW) 和 23dBm(200mW) ，顯然，本振功率電平越高，相應(yīng)的 1dB 壓縮電平也就越高，混頻器的動(dòng)態(tài)范圍也就越大。對(duì)應(yīng)于上述三種系列， 1dB 壓縮電平所對(duì)應(yīng)的最大輸入信號(hào)功率分別為 1dBm(1.25mW) 、 10dBm(10mW) 、 15dBm(32mW) 。 二極管環(huán)形混頻器具有工作頻帶寬

8、（從幾十千赫到幾千兆赫）、噪聲系數(shù)低（約 6dB ）、混頻失真小、動(dòng)態(tài)范圍大等優(yōu)點(diǎn)。 二極管環(huán)形混頻器的主要缺點(diǎn)是沒有混頻增益，端口之間的隔離度較低，其中 L 端口到 R 端口的隔離度一般小于 40dB ，且隨著工作頻率的提高而下降。實(shí)驗(yàn)表明，工作頻率提高一倍，隔離度下降 5dB 。 B 、原理分析   電路工作條件：二極管伏安特性為過原點(diǎn)斜率等于 的直線；輸入電壓中， ， ，且 ，此時(shí)，二極管將在 的控制下輪流工作在導(dǎo)通區(qū)和截止區(qū)。   由圖4-2 (a) 知，流過負(fù)載 的總電流為： 當(dāng) 時(shí)，二極管 D 3 、 D 2 導(dǎo)通， D 1 、 D

9、 4 截止，相應(yīng)的等效電路為圖4-2 (c) ：列出的 KVL 方程為： 圖4-2(c) 所以，流過各二極管的電流為：（ 4.2.3）流過負(fù)載的總電流為： （ 4.2.4 ） 當(dāng) 0 時(shí)，二極管 D 1 、 D 4 導(dǎo)通， D 3 、 D 2 截止，相的等效電路如圖4-2 (d) 圖4-2 (d)列出的 KVL 方程為： 流過各二極管的電流為： （ 4.2.5 ）流過負(fù)載的總電流為： （ 4.2.6 ） 在 的整個(gè)周期內(nèi)，流過負(fù)載的總電流可以表示為： （ 4.2.7 ） 利用開關(guān)函數(shù)，可以將上式表示為： 即： （ 4.2.8 ） 由此可見，電流中包含的頻率分量為： 中的有用中頻分量為 （ 4.

10、2.9 ） 電路特點(diǎn) ：若二極管特性一致，變壓器中心抽頭上、下又完全對(duì)稱，則環(huán) 形電路的最重要特點(diǎn)就是 各端口之間有良好的隔離 。 C 、插入損耗 根據(jù)定義，由圖 4-2(a) 知，流過輸入信號(hào)源端的電流為 將式（ 4.2.4 ）和（ 4.2.6 ）代入上式中得： 所以接在信號(hào)源端的等效負(fù)載電阻為： 若令 ，實(shí)現(xiàn)功率匹配，信號(hào)源提供的信號(hào)功率最大，為 輸出端輸出的中頻電壓幅值為 相應(yīng)的輸出中頻功率為： 因此，電路的插入損耗為： 實(shí)際二極管環(huán)形混頻器各端口的匹配阻抗均為 50 。應(yīng)用時(shí)，各端口都必須接入濾波匹配網(wǎng)絡(luò)，分別實(shí)現(xiàn)混頻器與輸入信號(hào)源、本振信號(hào)源、輸出負(fù)載之間的阻抗匹配。 3.中頻放大電

11、路中頻放大電路的任務(wù)是把變頻得到的中頻信號(hào)加以放大，然后送到檢波器檢波。中頻放大電路對(duì)超外差收音機(jī)的靈敏度、選擇性和通頻帶等性能指標(biāo)起著極其重要的作用。圖Z1008（a）是LC單調(diào)諧中頻放大電路，圖Z1008（b）為它的交流等效電路。圖中B1、B2為中頻變壓器，它們分別與C1、C2組成輸入和輸出選頻網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)還起阻抗變換的作用，因此，中頻變壓器是中放電路的關(guān)鍵元件。中頻變壓器的初級(jí)線圈與電容組成LC并聯(lián)諧振回路，它諧振于中頻465kHz。由于并聯(lián)諧振回路對(duì)詣?wù)耦l率的信號(hào)阻抗很大，對(duì)非諧振頻率的信號(hào)阻抗較小。所以中頻信號(hào)在中頻變壓器的初級(jí)線圈上產(chǎn)生很大的壓降，并且耦合到下一級(jí)放大，對(duì)非諧振頻率信

12、號(hào)壓降很小，幾乎被短路（通常說它只能通過中頻信號(hào)），從而完成選頻作用，提高了收音機(jī)的選擇性。由LC調(diào)諧回路特性知，中頻選頻回路的通頻帶Bf2- f1 ，見圖Z1009。式中QL是回路的有載品質(zhì)因數(shù)。QL值愈高，選擇性愈好，通頻帶愈窄；反之,通頻帶愈寬，選擇性愈差。中頻變壓器的另一作用是阻抗變換。因?yàn)榫w管共射極電路輸入阻抗低，輸出阻抗高，所以一般用變壓器耦合，使前后級(jí)之間實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。一般收音機(jī)采用兩級(jí)中放，有3個(gè)中頻變壓器（常稱中周）。第一個(gè)中頻變壓器要求有較好的選擇性，第二個(gè)中頻變壓器要求有適當(dāng)?shù)耐l帶和選擇性，第三個(gè)中頻變壓器要求有足夠的通頻帶和電壓傳輸系數(shù)，由于各中頻變壓器的要求不同，

13、匝數(shù)比不一樣，通常磁帽用不同顏色標(biāo)志，以示區(qū)別，所以不能互換使用。 實(shí)際電路中常采用具有中間抽頭的并聯(lián)諧振回路,如圖Z1010（a）所示。（b）是它的等效電路，可以看出，它是由兩個(gè)阻抗性質(zhì)不同的支路組成。由于L1、L2都繞在同一磁芯上，實(shí)際上是一個(gè)自耦變壓器。利用變壓器的阻抗變換關(guān)系，可求得等效諧振電路的諧振ZOB0（）2ZAB0（）2ZAB0（式中NN1N2為電感線圈的總匝數(shù)）。即具有抽頭并聯(lián)諧振電路的諧振阻抗ZOB0等于沒有抽頭的諧振阻抗ZAB0的倍。由于1，所以ZOB0ZAB0，適當(dāng)選擇變比可取得所需求的ZOB0，從而實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。     上述中

14、放電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，回路損耗小，調(diào)試方便，所以應(yīng)用廣泛。4.鑒頻電路實(shí)現(xiàn)調(diào)頻信號(hào)解調(diào)的鑒頻電路可分為三類,第一類是調(diào)頻-調(diào)幅調(diào)頻變換型。這種類型是先通過線性網(wǎng)絡(luò)把等幅調(diào)頻波變換成振幅與調(diào)頻波瞬時(shí)頻率成正比的調(diào)幅調(diào)頻波,然后用振幅檢波器進(jìn)行振幅檢波。第二類是相移乘法鑒頻型。這種類型是將調(diào)頻波經(jīng)過移相電路變成調(diào)相調(diào)頻波,其相位的變化正好與調(diào)頻波瞬時(shí)頻率的變化成線性關(guān)系,然后將調(diào)相調(diào)頻波與原調(diào)頻波進(jìn)行相位比較,通過低通濾波器取出解調(diào)信號(hào)。因?yàn)橄辔槐容^器通常用乘法器組成,所以稱為相移乘法鑒頻。第三類是脈沖均值型。這種類型是把調(diào)頻信號(hào)通過過零比較器變換成重復(fù)頻率與調(diào)頻信號(hào)瞬時(shí)頻率相等的單極性等幅脈沖序列,然

15、后通過低通濾波器取出脈沖序列的平均值,這就恢復(fù)出與瞬時(shí)頻率變化成正比的信號(hào)。圖4-3是雙失諧回路鑒頻器的原理圖。它是由三個(gè)調(diào)諧回路組成的調(diào)頻-調(diào)幅調(diào)頻變換電路和上下對(duì)稱的兩個(gè)振幅檢波器組成。初級(jí)回路諧振于調(diào)頻信號(hào)的中心頻率 ,其通帶較寬。次級(jí)兩個(gè)回路的諧振頻率分別01 、02 ,并使01 、02 與c成對(duì)稱失諧。即:01 - c = c - 02 。圖4-3 雙失諧回路鑒頻器的原理圖圖4-4左邊是雙失諧回路鑒頻器的幅頻特性,其中實(shí)線表示第一個(gè)回路的幅頻特性,虛線表示第二個(gè)回路的幅頻特性,這兩個(gè)幅頻特性對(duì)于c 是對(duì)稱的。當(dāng)輸入調(diào)頻信號(hào)的頻率為c 時(shí),兩個(gè)次級(jí)回路輸出電壓幅度相等,經(jīng)檢波后輸出電壓

16、0 = 01 - 02當(dāng)輸入調(diào)頻信號(hào)的頻率由c向升高的方向偏離時(shí), 22回路輸出電壓大,而11 回路輸出電壓小,則經(jīng)檢波后01 <02 ,則0 = 01 - 02 < 0。當(dāng)輸入調(diào)頻波信號(hào)的頻率由c向降低方向偏離時(shí), 11回路輸出電壓大, 22回路輸出電壓小,經(jīng)檢波后01 >02 ,則0 = 01 - 02 > 0 。其總鑒頻特性如圖4-4所示 (見下頁)圖4-4 總鑒頻特性5.MC3361的功能介紹：在本實(shí)驗(yàn)中采用了MC3361芯片，所以工作原理中的混頻、中頻放大、鑒頻、低頻放大等其他功能電路全部由MC3361實(shí)現(xiàn)MC3361是美國MOTOROLA公司生產(chǎn)的單片窄帶調(diào)

17、頻接收電路，主要應(yīng)用于語音通訊的無線接收機(jī)。片內(nèi)包含振蕩電路、混頻電路、限幅放大器、積分鑒頻器、濾波器、抑制器、掃描控制器及靜噪開關(guān)電路。主要應(yīng)用在二次變頻的通訊接收設(shè)備。其主要特性如下： · 低功耗（在Vcc=4.0V，耗電典型值僅為3.9mA） · 極限靈敏度：2.6uV(-3bB)（典型值） · 少量的外接元件 · 工作電壓：2.08.0V · DIP16和SO-16兩種封裝形式 · 工作頻率：60MHz(max)MC3361結(jié)構(gòu)框圖如圖4-5所示（見下頁）圖4-5 MC3361結(jié)構(gòu)框圖 MC3361集成電路采用16腳雙列直插式

18、封裝。它具有較寬的電源電壓范圍(29V)，能在2V低電源電壓條件下可靠地工作，耗電電流小(當(dāng)Vcc=3.6V時(shí)，靜態(tài)耗電電流典型值為2.8mA),靈敏度高(在2.0V輸入時(shí)典型值為3dB)，音頻輸出電壓幅值大。它的內(nèi)電路結(jié)構(gòu)框圖如圖4-5所示。IC內(nèi)設(shè)置有雙平衡雙差分混頻器、電容三點(diǎn)式本機(jī)振蕩器、六級(jí)差動(dòng)放大器構(gòu)成的調(diào)頻455kHz寬帶中頻限幅放大器、雙差分正交調(diào)頻鑒頻器、音頻放大器及靜噪控制電路 6.整體電路圖綜合上述15可得其整體電路圖如圖4-7所示圖4-7 整體電路圖五.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1).按下開關(guān)KA1、KB2，調(diào)試好小信號(hào)調(diào)諧放大單元電路，調(diào)試好高頻功率放大單元電路。(2).連接好發(fā)射電路和接收電路（連LE2、LE1、LE3、LE4、LE5、LE6、LA1、LB1），同時(shí)用實(shí)驗(yàn)箱所配的天線（一端帶夾子的導(dǎo)線）分別將發(fā)射單元的天線ANTE1和本實(shí)驗(yàn)單元天線ANTA1連好.(3).在不加調(diào)制信號(hào)的情況下，接通發(fā)射電路和接收電路的電源，調(diào)節(jié)變?nèi)荻O管單元的L84，用示波器探頭測(cè)量TTB2，當(dāng)TTB2處有455 KHz的信號(hào)輸出時(shí)，說明調(diào)頻單元的工作頻率在10.7MHz附近。此時(shí)從處加入1KHz，峰峰值為100mV左右的調(diào)制信號(hào)，則從TTB1處用示波器可觀測(cè)到輸出的解調(diào)波。(4).當(dāng)從TT