簡易調(diào)頻接收機_圖文

1、 河南理工大學通信基本電路課程設(shè)計 簡易調(diào)頻接收機學 院:電氣工程與自動化學院專業(yè)班級:電信 08-2班姓 名:袁曉銘學 號 : 310808030207指導老師:張煒日 期:2011年 6月 10日摘要隨著現(xiàn)在社會的快速發(fā)展, 電信技術(shù)以一日千里的速度飛速發(fā)展。 電信有一部分涉及的 是通信技術(shù), 而無線通信在現(xiàn)在的生活中尤為重要, 我們常用的手機, 無線電話還有各種電 器的遙控器等, 大到航天小到小孩玩具都離不開發(fā)射和接收設(shè)備。 調(diào)頻與調(diào)幅是目前應用最 廣的兩種發(fā)送接收方式, 隨著社會發(fā)展調(diào)頻方式越來越成為現(xiàn)代設(shè)備的必要工作方式。 所以 對于這次設(shè)計,我選擇了超外差式調(diào)頻接收機。所謂超外差,

2、 是指將所要接收的電臺在調(diào)諧電路里調(diào)好以后, 經(jīng)過電路本身的作用, 就 變成另外一個預先確定好的頻率, 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(chǎn)生的。 在超外差式調(diào)頻接收機的設(shè)計過程中, 應將其分為高頻放大、 混頻、 本振、 中放、 鑒頻、低頻放大六個部分。 但是在設(shè)計時必須全面考慮,妥善處理一些相互牽制的矛盾, 特別要抓住主要矛盾(穩(wěn)定性、選擇性、失真等 ,才能使得接收機有較好的指標。超外差 式接收機能夠大大提高接收機的增益、靈敏度和選擇性。關(guān)鍵詞:超外差,調(diào)頻,本振,混頻目錄一、選題意義 . 4二、總體方案 . 4 2.1設(shè)計目的 . 4 2.2設(shè)計思路 . 4 三、超

3、外差式接收機基本原理 . 5 圖 1. 超外差式接收機基本原理框圖 . 5 四、 主要技術(shù)指標 . 5 4.1.工作頻率范圍 . 5 4.2.靈敏度 . 6 4.3.選擇性 . 6 4.4.頻率特性 . 6 4.5.輸出功率 . 6 五、各部分設(shè)計及原理分析 . 7 5.1高頻放大電路 . 7 5.2混頻電路 . 8 5.3本振電路 . 9 5.4中頻放大電路 . 12 5.5鑒頻電路 . 13 5.6低頻放大電路 . 14六、參數(shù)選擇 . 15七、 心得體會 . 16八、 參考文獻 . 17一、選題意義超外差接收機即利用本地產(chǎn)生的振蕩波與輸入信號混頻,將輸入信號頻率變換為某個 預先確定的頻率

4、的方法。超外差原理最早是由 E.H. 阿姆斯特朗于 1918年提出的。這種方法 是為了適應遠程通信對高頻率、 弱信號接收的需要, 在外差原理的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。 外差 方法是將輸入信號頻率變換為音頻,而阿姆斯特朗提出的方法是將輸入信號變換為超音頻, 所以稱之為超外差。 利用超外差原理制成超外差接收機, 這種接收方式的性能優(yōu)于高頻 (直 接放大式接收,應用于遠程信號的接收,并可推廣應用到測量技術(shù)等方面。二、總體方案2.1設(shè)計目的1掌握調(diào)頻接收機整機各功能模塊的基本工作原理。2培養(yǎng)學生掌握電路設(shè)計的基本思想和方法。3能夠使用電路仿真軟件進行電路調(diào)試。4培養(yǎng)學生分析問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。2

5、.2設(shè)計思路采用方案:通信電子電路在生活中的應用十分廣泛, 收信設(shè)備也有很廣泛的應用。 在窄 帶調(diào)頻通信設(shè)備中, 為了獲得良好的頻道選擇功能,使其具有靈敏度高、工作穩(wěn)定、選擇性 好及失真小、 噪聲小等優(yōu)點大都采用混頻超外差接收方案。 調(diào)頻接收機的各單元電路:輸入 回路、高頻放大、混頻、中頻放大、鑒頻、及音頻功放級。實現(xiàn)方法:其接收過程如下:從接收天線收到微弱的高頻信號,經(jīng)輸入回路選頻后,通 過高頻放大器放大, 送到混頻器與本機振蕩器所產(chǎn)生的高頻信號進行混頻, 在其輸出端中頻 信號,最后經(jīng)過鑒頻器的鑒頻得到音頻放大信號,然后有音頻功放還原成原來的語音信息。 這樣就完成了收信機系統(tǒng)的工作過程。 系

6、統(tǒng)中接收機單元對調(diào)頻信號進行解調(diào), 恢復出原始 的音頻信號。經(jīng)過低頻放大器還原出聲音。三、超外差式接收機基本原理整個電路由六部分組成,分別為高頻放大、混頻、本振、中放、鑒頻、低頻放大。其基 本框圖如下: 圖 1. 超外差式接收機基本原理框圖一般調(diào)頻接收機的組成框圖如圖一所示。其工作原理是 :天線接受到的高頻信號,經(jīng) 輸入調(diào)諧回路選頻為 f1,再經(jīng)高頻放大級放大進入混頻級。本機振蕩器輸出的另一高頻 f2亦進入混頻級,則混頻級的輸出為含有 f1、 f2、 (f1+f2 、 (f2-f1等頻率分量的信號?；?頻級的輸出接調(diào)頻回路選出中頻信號 (f2-f1 ,再經(jīng)中頻放大器放大, 獲得足夠高增益,然

7、后鑒頻器解調(diào)出低頻調(diào)制信號,由低頻功放級放大,驅(qū)動揚聲器。 從天線接收到的高頻信 號 f1,經(jīng)過混頻、濾波成為固定中頻 f= f2 f1的接受機,稱為超外差式接受機。由于天 線接收到的高頻信號經(jīng)過混頻成為固定的中頻, 再加以放大, 因此接收機的靈敏度較高, 選 擇性較好,性能也比較穩(wěn)定。四、主要技術(shù)指標4.1.工作頻率范圍接收機可以接受到的無線電波的頻率范圍稱為接收機的工作頻率范圍或波段覆蓋。 接收 機的工作頻率必須與發(fā)射機的工作頻率相對應。 在差外插的設(shè)計中, 本振頻率高于輸入頻率。 用通州雙聯(lián)可變電容, 使輸入回路電容 C1-2和本振的回路電容 C1-1同步變化, 從而使頻率 差值始終保持

8、近似一致,其差值即為中頻,即:如接受信號頻率使:600kHz ,則本振頻率使 1055kHz ;1000kHz ,則本振頻率使 1455kHz ;1500kHz ,則本振頻率使 1955kHz ;由于諧振回路諧振頻率 , f 與 C 不成線性變化,因此必須有補償電容對其特性機型修 正,以獲得在收聽范圍內(nèi) f 與 C 近似成線性變化,保證 f 本振 -f 信號 =f中頻為一固定中頻信 號。 超外差使接受的調(diào)制信號變?yōu)榻y(tǒng)一的中頻調(diào)制信號, 在做高頻放大時, 就可以得到穩(wěn)定 且倍數(shù)較高的放大,從而大大提高接收機的品質(zhì)。調(diào)頻接收機工作頻率范圍:5351065kHz ,中頻頻率:465kHz 。4.2.

9、靈敏度接收機接收微弱信號的能力稱為靈敏度, 通常用輸入信號電壓的大小來表示, 接收的輸 入信號越小,靈敏度越高。調(diào)頻廣播收音機的靈敏度一般為 530uV 。4.3.選擇性接收機從各種信號和干擾中選出所需信號(或衰減不需要的信號的能力稱為選擇性, 單位用 dB (分貝表示 dB 數(shù)越高,選擇性越好。調(diào)頻收音機的中頻干擾應大于 50dB 。4.4.頻率特性接收機的頻率響應范圍稱為頻率特性或通頻帶。調(diào)頻機的通頻帶一般為 200KHz 。 4.5.輸出功率接收機的負載輸出的最大不失真(或非線性失真系數(shù)為給定值時功率稱為輸出功率。 功率放大器的技術(shù)指標:1. 輸出功率:Po2. 效率:3. 功率增益:A

10、p功率關(guān)系:直流功率:Pv=VccICo輸出功率:Po= Icm1Ucm放大管功耗:PT=Pv-Po效率:= Po/Pv五、各部分設(shè)計及原理分析5.1高頻放大電路高頻放大器是用來放大高頻信號的器件(在接收機中,高放所放大的對象是已調(diào)信號, 它除載頻信號外還有邊頻分量 。根據(jù)高放的對象是載頻信號這一情況,一般采用管子做放 大器件,而且并聯(lián)諧振回路作為負載,讓信號諧振在信號載頻。這樣做的好處是:1回路 諧振能抑制干擾; 2并聯(lián)回路諧振時,其阻抗很大,從而可輸出很大的信號。 圖 2. 高頻放大電路5.2混頻電路混頻是將高頻放大信號和本振信號混合, 輸出一個中頻信號, 在調(diào)頻電路中, 本振信 號必須是

11、獨立的,這是與調(diào)幅電路最大的一個區(qū)別?；祛l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。 混 頻器是一個變頻電路, 一般用相乘器, 高頻放大電路和本地振蕩電路的輸出信號加到混頻器 的輸入端, 得到一個差頻。調(diào)諧回路的輸出, 進入混頻級的是高頻調(diào)制信號,即載波與其攜 帶的調(diào)制信號。 經(jīng)過混頻, 輸出載波的波形變得很稀疏其頻率降低了, 但音頻信號的形狀沒 有變。通常將這個過程 ( 混瀕和本振的作用 叫做變頻。混頻電路的原理是:把本機振蕩產(chǎn)生的高頻等幅振蕩信號 f1,與輸入回路選擇出來的 廣播電臺的高頻已調(diào)波信號 f2同時加到非線性元件的輸入端。利用元件的非線性作用(晶 體

12、管的非線性作用 進行混頻。 混頻結(jié)果:輸出頻率為 f1、 f2以及頻率為 f1+f2、 f1-f2、 高次諧波等多種信號。 從頻譜觀點上來看, 混頻的作用就是將已調(diào)波的頻譜不失真的從c f 的位置上, 因此, 混頻電路是一種典型的頻譜搬移電路, 可用相乘器和帶通濾波器來實現(xiàn)這種 搬移。如圖 3所示 :圖 3. 頻譜電路在本次設(shè)計中我們采用二極管環(huán)型混頻器,二極管環(huán)型混頻器的優(yōu)點是工作頻帶 寬,可達到幾千兆赫,噪聲系數(shù)低,混頻失真小,動態(tài)范圍等,但其主要缺點就是沒有混頻 增益。 由于混頻器處于接收機的前端, 它的噪聲電平高低對整機有較大的影響, 因此要求混 頻器的噪聲系數(shù)越小越好。 由于混頻依靠

13、非線性特性來完成, 因此在混頻過程中會產(chǎn)生各種非線性干擾, 如組合頻率, 交叉調(diào)制, 互相調(diào)制等干擾。 這些干擾將會嚴重的影響通信質(zhì)量, 因此要求混頻電路對此應能有效的抑制。 圖 4. 二極管環(huán)型混頻電路上圖是二極管混頻電路的原理圖, 圖中 Us 、 RS1為輸入信號源, UL 、 RS2為本振信號源, RL 為中頻信號的負載。為了保證二極管工作在開關(guān)狀態(tài),本振信號 UL 的功率必須足夠大, 而輸入信號 US 功率必須遠小于本振功率。實際二極管環(huán)型混頻器組件各端口都必須接入濾 波匹配網(wǎng)絡,分別實現(xiàn)混頻器與輸入信號源本振信號源、輸出負載之間的阻抗匹配。5.3本振電路本振電路用 LC 諧振回路來產(chǎn)

14、生一個穩(wěn)定的本地振蕩頻率, 將這個穩(wěn)定的諧振頻率與高 頻放大輸出信號混頻, 得到一個中在本次設(shè)計中, 采用改進型電容三點式振蕩電路。 因為本 振電路的輸出頻率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。 所以要求本 振電路的輸出頻率必須很穩(wěn)定, 所以采用了改進型電容三點式。 如果本振電路的輸出不穩(wěn)定, 將引起變頻器輸出信號的大小改變, 振蕩頻率的漂移將使中頻改變。 振蕩器的振幅與振蕩管 的特性以及反饋電路的特性有關(guān), 當溫度及其它管子與反饋電路的特性改變時, 振幅也就會 改變。 為了穩(wěn)定振幅, 可在各波段振蕩器的反饋線圈上并聯(lián)不同的電阻以平滑電抗元件的頻 率特性,還可用自動增益控制

15、穩(wěn)定振幅。本次設(shè)計的電容改進型電路圖如下所示 : 圖 5. 電容反饋改進振蕩電路圖 6. 等效電路 圖 7. 仿真電路上面第一個圖是一個電容反饋改進振蕩器電路, 其交流等效電路電路如上面第二個圖所 示。等效電路中 C 為由等效電路知此電路中是基極接地, CE 之間為 C1, BE 之間為 C2, CB 之間為 L 與 C 串 聯(lián)的等效電抗;在振蕩頻率處,選擇,即 L 與 C 串聯(lián)后等效為一個電感 e L ,因此此電路是電容反饋振蕩器。因為振頻等于諧振頻率 0w ,0w 決定于式中 由上式可得若選擇 C1>>C, C2>> C,則 f0與 C1及 C2近似無關(guān),這樣,與

16、C1,C2并聯(lián)的分布電容 如 C11及 C22對頻率的影響很小了,頻率穩(wěn)定得以提高。由課題的技術(shù)指標可知: 可先確定 L 的參數(shù):L=7.5uH,由此可知在保證穩(wěn)定振蕩的條件下,可先設(shè)定 ,由此可求得,用電壓表測出反饋電容兩端的電壓 ,負載的電壓是 當回路諧振時 ,所以有:43545C C C C C C =+0000011, e w L w L w L w C w C>-=001w L w C =121C C C C=+0f =對于提高振蕩電路的穩(wěn)定度有以下幾種方法:(1提高回路的 Q 值。 Q 值高,可使頻率穩(wěn)定。回路 Q 值主要由電感的 Q 值決定,故 要提高電感的 Q值。為此應盡

17、量減小損耗而加大特性電阻 =的提高有 一定限制, L 太大時,損耗也大,而且 C 太小時并聯(lián)在回路中的雜散電容可與 C 相比擬,雜散電容將顯著影響頻率的穩(wěn)定。為了減小線圈的損耗,可用高頻損耗小的線圈固架。(2減小負載的影響。減小振蕩回路和負載間的耦合程度可減弱負載的影響,不過這 時傳送到負載上的振蕩信號也小了, 故振蕩要求更強。 在振蕩器和負載之間加一級射極輸出 器可改善負載對振蕩器的影響, 因射極輸出器之輸入阻抗較高, 隔離作用較好, 同時不增加 振蕩功率的要求。5.4中頻放大電路如果外來信號和本機振蕩相差不是預定的中頻, 就不可能進入放大電路。 因此在接收一 個需要的信號時, 混進來的干擾

18、電波首先就在變頻電路被剔除掉, 加之中頻放大電路是一個 調(diào)諧好了的帶有濾波性質(zhì)的電路, 所以接收機的選擇性指標很高。 超外差式接收機能夠大大 提高收音機的增益、 靈敏度和選擇性。 因為不管電臺信號頻率如何都變成為中頻信號, 然后 都能進入中頻放大級, 所以對不同頻率電臺都能夠進行均勻地放大。 中放的級數(shù)可以根據(jù)要 求增加或減少, 更容易在穩(wěn)定條件下獲得高增益和窄帶頻響特性。 此外, 由于中頻是恒定的, 所以不必每級都加入可變電容器選擇電臺, 避免使用多聯(lián)同軸可變電容器, 而只需在調(diào)諧回 路和本振回路用一只雙連可變電容器就可完成接收。中放的作用有兩個主要作用:(1提高增益,因中頻低于信號頻率,

19、晶體管的 y 參數(shù)及 回路諧振電阻等較大, 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。 (2抑制鄰近干擾。對中放的主要要求是工作穩(wěn)定,失真小,增益高,選擇性好,有足夠?qū)挼耐l帶。對于 高放,因工作頻率f 高,通頻帶0/L B f Q =寬,故高放回路的 Q 值越高越好,這時不必顧慮 B 太窄的問題;但對于中放, 由于工作頻率較低,若回路 Q 值過高, 頻帶可能太窄而不能 通過全部信號分量, 故希望他在要求的通頻帶條件下選擇性越高越好, 也就是要求諧振曲線 接近矩形。 實際諧振曲線很難做到理想矩形, 為了衡量實際諧振曲線接近矩形的程度, 引入 矩形系數(shù),式中0.707

20、2f 為通頻帶。矩形系數(shù) k :本次設(shè)計的中頻放大電路如圖所示:0.10.70722r f k f = 圖 8. 中頻放大電路信號從變頻器輸出,通過變壓器 B10加到第一級中放 BG4. BG4為雙回路放大器, B11的初級和 C38構(gòu)成初級回路。 B11的次級和 B12的初級構(gòu)成次級回路的電感, 而電容是 C40。 兩者組成電感耦合對稱雙回路。 BG4集電極以自耦變壓器方式接到初級回路, BG5的輸入電 阻通過變壓器 B12變換為大一些的輸入電阻后和 B12的初級并聯(lián)。 因 B11的次級線圈數(shù) N45只有一圈,而可忽略。 R22及 C34是自動增益控制濾波器。 BG4既通過 R15加有固定偏

21、壓, 有通過 R22加有自動增益控制電壓,此外,射極還有偏壓。第二級中放 BG4. 單回路中放, 與檢波器以變壓器 B13耦合。其余元件作用和 BG4的相同。 R16用的較大,使接收小信號的 自動增益控制作用啟動的晚一些, 以提高小信號的靈敏度。 BG5的工作電流較大, 約 1.6-2mA , 以獲得較大的增益和動態(tài)范圍。5.5鑒頻電路鑒頻器的任務是從調(diào)頻信號中檢出調(diào)制信號, 它包括變換部分及振幅檢波器部分。 普通 鑒頻器的線性范圍較寬, 調(diào)整較易; 但由0cos ( cm L r U I R X =可以看到, U=正比于前級集電極電流的基波幅度 Icm1,鑒頻前若無限幅器,則 Icm1不為常

22、數(shù),于是 U=將隨 Icm1即 接收信號的大小改變, 而不能去掉寄生調(diào)幅的影響。 故用普通鑒頻器時, 前面必須使用限幅 器。 但限幅器要求較大的輸入信號, 這導致限幅前高頻級數(shù)的增加哦。 比例鑒頻器可改正這 一缺點,它能同時完成限幅及鑒頻的任務,其輸入信號不必太大。比例鑒頻器的 U=為普通 鑒頻器的一半。 但因比例鑒頻器有限幅作用, 其輸入信號即鑒頻器輸入端初級回路電壓約只 有 0.1V 即可工作。所以在本次設(shè)計中采用了比例鑒頻器,其單元電路圖如下所示: 圖 9. 鑒頻電路圖中 C1是高頻濾波電容, R 及 C 是減重網(wǎng)路,它用來提高抗干擾性。其作用原理是:在發(fā)射機中用加重網(wǎng)絡加重高音,接收時

23、用減重網(wǎng)絡削弱高音,于是不存在高音頻率失真。 這樣一來, 減重網(wǎng)路把高音端的干擾削弱了, 故接收機的信噪比得以提高; 或者說,減重網(wǎng) 絡壓縮了通頻帶,減小了噪聲。圖中電容 C 上的輸出電壓在高音時因 C 的電抗減小而下降。5.6低頻放大電路一般從鑒頻器輸出的信號都比較小,為了得到我們所需的信號,必須將輸出信號進行 放大。 一般采用三極管放大電路來實現(xiàn)這一功能。 因為本次設(shè)計是音頻信號, 所以采用運算 放大器效果比較好。高頻電路很容易受到干擾,所以對信號的要求比較高,在中頻放大器電路的輸出端, 如果直接接鑒頻器, 很可能得到很多不需要的波形, 用濾波器很難濾除, 所以在鑒頻器的輸 入端加一級限幅

24、器,去除不需要的波,使輸出更為純凈。檢波濾波后的音頻信號由電位器 RP 送到前置低放管 VT4, 經(jīng)過低放可將音頻信號電壓 放大幾十到幾百倍, 但是音頻信號經(jīng)過放大后帶負載能力還很差, 不能直接推動揚聲器工作, 還需進行功率放大。旋轉(zhuǎn)電位器 RP 可以改變 VT4的基極對地的信號電壓的大小,可達到控 制音量的目的從鑒頻器輸出的信號一般很小, 所以在輸出極一般采用低頻功率放大電路, 如果是音頻 信號,可以外加一個喇叭。單元電路如圖所示: 圖 10. 低頻放大電路六、參數(shù)選擇選擇振幅檢波二極管。 選定回路電容。 求回路電感 選定01Q 及 02Q ,求 1L Q 及 2L Q驗算 max r X

25、:在比例鑒頻中, 0.51=-,故求負載電阻12, R Rk 求1213, M M , 因為 K 可按下式求出:故 = 12C C C =12201L L L C =101022(0.50.6 34L L Q QQQ =-=-'max20.51L m r Q f X f =-12020211( 23R R R Q L =-' Lk Q =13M 2U =12212M kL= 求U 調(diào)試 * 4 p32 + (2 + 2 p3 X r 2 2 4 p32 (2 + 2 p3 X r 2 2 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。收音機接收天線將廣播電臺 播發(fā)的高頻的調(diào)幅波接收下來， 通過變頻級把外來的各調(diào)幅