簡易調(diào)頻接收機(jī)1

1、河南理工大學(xué)通信基本電路課程設(shè)計(jì)簡易調(diào)頻接收機(jī)學(xué) 院： 電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院專業(yè)班級(jí)： 電信08-2班 姓 名： 袁曉銘 學(xué) 號(hào): 指導(dǎo)老師： 張煒日期：2011年6月10日摘要隨著現(xiàn)在社會(huì)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(jī)，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(yīng)用最廣的兩種發(fā)送接收方式，隨著社會(huì)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(jì)，我選擇了超外差式調(diào)頻接收機(jī)。所謂超外差，是指將所要接收的電臺(tái)在調(diào)諧電路里調(diào)好以后，經(jīng)過電路本

2、身的作用，就變成另外一個(gè)預(yù)先確定好的頻率，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。在超外差式調(diào)頻接收機(jī)的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)將其分為高頻放大、混頻、本振、中放、鑒頻、低頻放大六個(gè)部分。但是在設(shè)計(jì)時(shí)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(jī)有較好的指標(biāo)。超外差式接收機(jī)能夠大大提高接收機(jī)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3二、總體方案42.1設(shè)計(jì)目的42.2設(shè)計(jì)思路4三、超外差式接收機(jī)基本原理4圖1.超外差式接收機(jī)基本原理框圖5四、 主要技術(shù)指標(biāo)54.1工作頻率范圍54.2靈敏度64.3

3、選擇性64.4頻率特性64.5輸出功率6五、各部分設(shè)計(jì)及原理分析75.1高頻放大電路75.2混頻電路75.3本振電路95.4中頻放大電路115.5鑒頻電路135.6低頻放大電路14六、參數(shù)選擇15七、 心得體會(huì)16八、 參考文獻(xiàn)17一、選題意義超外差接收機(jī)即利用本地產(chǎn)生的振蕩波與輸入信號(hào)混頻，將輸入信號(hào)頻率變換為某個(gè)預(yù)先確定的頻率的方法。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(yīng)遠(yuǎn)程通信對高頻率、弱信號(hào)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(hào)頻率變換為音頻，而阿姆斯特朗提出的方法是將輸入信號(hào)變換為超音頻，所以稱之為超外差。利用超外差原理制成

4、超外差接收機(jī)，這種接收方式的性能優(yōu)于高頻（直接）放大式接收，應(yīng)用于遠(yuǎn)程信號(hào)的接收，并可推廣應(yīng)用到測量技術(shù)等方面。二、總體方案 2.1設(shè)計(jì)目的1）掌握調(diào)頻接收機(jī)整機(jī)各功能模塊的基本工作原理。2）培養(yǎng)學(xué)生掌握電路設(shè)計(jì)的基本思想和方法。3）能夠使用電路仿真軟件進(jìn)行電路調(diào)試。4）培養(yǎng)學(xué)生分析問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。2.2設(shè)計(jì)思路采用方案：通信電子電路在生活中的應(yīng)用十分廣泛，收信設(shè)備也有很廣泛的應(yīng)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(diǎn)大都采用混頻超外差接收方案。調(diào)頻接收機(jī)的各單元電路：輸入回路、高頻放大、混頻、中頻放大、鑒

5、頻、及音頻功放級(jí)。實(shí)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(hào)，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(jī)振蕩器所產(chǎn)生的高頻信號(hào)進(jìn)行混頻，在其輸出端中頻信號(hào)，最后經(jīng)過鑒頻器的鑒頻得到音頻放大信號(hào)，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(jī)系統(tǒng)的工作過程。系統(tǒng)中接收機(jī)單元對調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)出原始的音頻信號(hào)。經(jīng)過低頻放大器還原出聲音。三、超外差式接收機(jī)基本原理整個(gè)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(jī)基本原理框圖一般調(diào)頻接收機(jī)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(hào)，經(jīng)輸入調(diào)

6、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，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。 從天線接收到的高頻信號(hào)f1，經(jīng)過混頻、濾波成為固定中頻f= f2 f1的接受機(jī)，稱為超外差式接受機(jī)。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。4、 主要技術(shù)指標(biāo)4.1工作頻率范圍接收機(jī)可以接受到的無線電波的頻率

7、范圍稱為接收機(jī)的工作頻率范圍或波段覆蓋。接收機(jī)的工作頻率必須與發(fā)射機(jī)的工作頻率相對應(yīng)。在差外插的設(shè)計(jì)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近似一致，其差值即為中頻，即： 如接受信號(hào)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(bǔ)償電容對其特性機(jī)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(hào)=f中頻為一固定中頻信號(hào)。超外差使接受的調(diào)制信號(hào)變?yōu)榻y(tǒng)一

8、的中頻調(diào)制信號(hào)，在做高頻放大時(shí)，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(jī)的品質(zhì)。調(diào)頻接收機(jī)工作頻率范圍：5351065kHz，中頻頻率：465kHz。4.2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。4.3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。4.4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。4.5輸出功率接收機(jī)的負(fù)載輸

9、出的最大不失真（或非線性失真系數(shù)為給定值時(shí)）功率稱為輸出功率。功率放大器的技術(shù)指標(biāo)：1.輸出功率：Po2.效率：3.功率增益：Ap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(jì)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(hào)的器件（在接收機(jī)中，高放所放大的對象是已調(diào)信號(hào)，它除載頻信號(hào)外還有邊頻分量）。根據(jù)高放的對象是載頻信號(hào)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(fù)載，讓信號(hào)諧振在信號(hào)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(shí)，其阻抗很大，從而可輸出很大的信號(hào)。圖

10、2.高頻放大電路5.2混頻電路混頻是將高頻放大信號(hào)和本振信號(hào)混合，輸出一個(gè)中頻信號(hào)，在調(diào)頻電路中，本振信號(hào)必須是獨(dú)立的，這是與調(diào)幅電路最大的一個(gè)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(shí)現(xiàn)這種搬移。 混頻器是一個(gè)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(hào)加到混頻器的輸入端，得到一個(gè)差頻。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)，即載波與其攜帶的調(diào)制信號(hào)。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(hào)的形狀沒有變。通常將這個(gè)過程 ( 混瀕和本振的作用 ) 叫做變頻?；祛l電路的原理是：把本機(jī)振蕩產(chǎn)生的高頻等幅振蕩信號(hào)f1，與輸入回路選擇出來

11、的廣播電臺(tái)的高頻已調(diào)波信號(hào)f2同時(shí)加到非線性元件的輸入端。利用元件的非線性作用（晶體管的非線性作用）進(jìn)行混頻?；祛l結(jié)果：輸出頻率為f1、f2以及頻率為f1+f2、f1f2、高次諧波等多種信號(hào)。從頻譜觀點(diǎn)上來看，混頻的作用就是將已調(diào)波的頻譜不失真的從的位置上，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(shí)現(xiàn)這種搬移。如圖3所示:圖3.頻譜電路 在本次設(shè)計(jì)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(diǎn)是工作頻帶寬，可達(dá)到幾千兆赫，噪聲系數(shù)低，混頻失真小，動(dòng)態(tài)范圍等，但其主要缺點(diǎn)就是沒有混頻增益。由于混頻器處于接收機(jī)的前端，它的噪聲電平高低對整機(jī)有較大的影響，因此要求混頻器的

12、噪聲系數(shù)越小越好。由于混頻依靠非線性特性來完成，因此在混頻過程中會(huì)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(huì)嚴(yán)重的影響通信質(zhì)量，因此要求混頻電路對此應(yīng)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(hào)源，UL、RS2為本振信號(hào)源，RL為中頻信號(hào)的負(fù)載。為了保證二極管工作在開關(guān)狀態(tài)，本振信號(hào)UL的功率必須足夠大，而輸入信號(hào)US功率必須遠(yuǎn)小于本振功率。實(shí)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(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。5.3本振電路 本振電路用LC諧振回路來產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的本地振蕩

13、頻率，將這個(gè)穩(wěn)定的諧振頻率與高頻放大輸出信號(hào)混頻，得到一個(gè)中在本次設(shè)計(jì)中，采用改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩電路。因?yàn)楸菊耠娐返妮敵鲱l率要與高頻放大電路的輸出信號(hào)進(jìn)行混頻，得到一個(gè)中頻信號(hào)。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(jìn)型電容三點(diǎn)式。如果本振電路的輸出不穩(wěn)定，將引起變頻器輸出信號(hào)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(dāng)溫度及其它管子與反饋電路的特性改變時(shí)，振幅也就會(huì)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(dòng)增益控制穩(wěn)定振幅。本次設(shè)計(jì)的電容改進(jìn)型電路圖如下所示:圖5.電容反饋改

14、進(jìn)振蕩電路圖6.等效電路圖7.仿真電路上面第一個(gè)圖是一個(gè)電容反饋改進(jìn)振蕩器電路，其交流等效電路電路如上面第二個(gè)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(gè)電感，因此此電路是電容反饋振蕩器。因?yàn)檎耦l等于諧振頻率，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(biāo)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

15、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(fù)載的電壓是當(dāng)回路諧振時(shí)，所以有：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?；芈稱值主要由電感的Q值決定，故要提高電感的Q值。為此應(yīng)盡量減小損耗而加大特性電阻。不過，的提高有一定限制，L太大時(shí)，損耗也大，而且C太小時(shí)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(fù)載的影響。減小振蕩回路和負(fù)載間的耦合程度可減弱負(fù)載的影響，不過這時(shí)傳送到負(fù)載上的振蕩信號(hào)也小了，故振蕩要求更強(qiáng)。在振蕩器和負(fù)載之間加一級(jí)射極輸出器可改

16、善負(fù)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(shí)不增加振蕩功率的要求。5.4中頻放大電路如果外來信號(hào)和本機(jī)振蕩相差不是預(yù)定的中頻，就不可能進(jìn)入放大電路。因此在接收一個(gè)需要的信號(hào)時(shí)，混進(jìn)來的干擾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(gè)調(diào)諧好了的帶有濾波性質(zhì)的電路，所以接收機(jī)的選擇性指標(biāo)很高。超外差式接收機(jī)能夠大大提高收音機(jī)的增益、靈敏度和選擇性。因?yàn)椴还茈娕_(tái)信號(hào)頻率如何都變成為中頻信號(hào)，然后都能進(jìn)入中頻放大級(jí)，所以對不同頻率電臺(tái)都能夠進(jìn)行均勻地放大。中放的級(jí)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(jí)都

17、加入可變電容器選擇電臺(tái)，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(gè)主要作用：（1）提高增益，因中頻低于信號(hào)頻率，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(jī)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，因工作頻率高，通頻帶寬，故高放回路的Q值越高越好，這時(shí)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(hào)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

18、近矩形。實(shí)際諧振曲線很難做到理想矩形，為了衡量實(shí)際諧振曲線接近矩形的程度，引入矩形系數(shù)，式中為通頻帶。矩形系數(shù)k：本次設(shè)計(jì)的中頻放大電路如圖所示： 圖8.中頻放大電路信號(hào)從變頻器輸出，通過變壓器B10加到第一級(jí)中放BG4. BG4為雙回路放大器，B11的初級(jí)和C38構(gòu)成初級(jí)回路。B11的次級(jí)和B12的初級(jí)構(gòu)成次級(jí)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(jí)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(jí)并聯(lián)。因B11的次級(jí)線圈數(shù)N45只有一圈，而可忽略。R22及C34是自動(dòng)增益控制濾波器。BG4既通過R15加有固定偏壓

19、，有通過R22加有自動(dòng)增益控制電壓，此外，射極還有偏壓。第二級(jí)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(hào)的自動(dòng)增益控制作用啟動(dòng)的晚一些，以提高小信號(hào)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(dòng)態(tài)范圍。5.5鑒頻電路鑒頻器的任務(wù)是從調(diào)頻信號(hào)中檢出調(diào)制信號(hào)，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；但由可以看到，U=正比于前級(jí)集電極電流的基波幅度Icm1，鑒頻前若無限幅器，則Icm1不為常數(shù)，于是U=將隨Icm1即接收信號(hào)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(shí)，前面

20、必須使用限幅器。但限幅器要求較大的輸入信號(hào)，這導(dǎo)致限幅前高頻級(jí)數(shù)的增加哦。比例鑒頻器可改正這一缺點(diǎn)，它能同時(shí)完成限幅及鑒頻的任務(wù)，其輸入信號(hào)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(hào)即鑒頻器輸入端初級(jí)回路電壓約只有0.1V即可工作。所以在本次設(shè)計(jì)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(jī)中用加重網(wǎng)絡(luò)加重高音，接收時(shí)用減重網(wǎng)絡(luò)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(jī)的信噪比得以提高；或者說，減重網(wǎng)絡(luò)壓縮了通頻帶，減小了

21、噪聲。圖中電容C上的輸出電壓在高音時(shí)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(hào)都比較小，為了得到我們所需的信號(hào)，必須將輸出信號(hào)進(jìn)行放大。一般采用三極管放大電路來實(shí)現(xiàn)這一功能。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)是音頻信號(hào)，所以采用運(yùn)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(hào)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(jí)限幅器，去除不需要的波，使輸出更為純凈。檢波濾波后的音頻信號(hào)由電位器RP送到前置低放管VT4，經(jīng)過低放可將音頻信號(hào)電壓放大幾十到幾百倍，但是音頻信號(hào)經(jīng)過放大后帶負(fù)載能力還很差，不能直接推

22、動(dòng)揚(yáng)聲器工作，還需進(jìn)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(hào)電壓的大小，可達(dá)到控制音量的目的從鑒頻器輸出的信號(hào)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(hào)，可以外加一個(gè)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 選定及，求及驗(yàn)算：在比例鑒頻中，故求負(fù)載電阻=4-8求,因?yàn)镵可按下式求出：故 = 求U調(diào)試它具有靈敏度高、工作穩(wěn)定、選擇性好及失真度小等優(yōu)點(diǎn)。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，通過變頻級(jí)把外來的各調(diào)幅波信號(hào)變換成一個(gè)低頻和高攀之間的固定頻率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)