調(diào)頻收音機(jī)設(shè)計仿真報告

1、精選文檔一、緒論調(diào)頻收音機(jī)（FM Radio）無論過去還是現(xiàn)在始終在人們的生活消遣中占有格外重要的地位。從老式的晶體管收音機(jī)到今日的網(wǎng)絡(luò)收音機(jī)，說明通過廣播享受生活始終是人們寵愛的生活方式。聽收音機(jī)和看電視一樣，可以增長很多學(xué)問，而且像有聲小說這樣的讀物在電視里是聽不到的，并且現(xiàn)在廣播的進(jìn)展速度也很快，曲藝、歌曲、體育、文藝、評論等等，可以說包羅萬象。 目前調(diào)頻式或調(diào)幅式收音機(jī)，一般都接受超外差式，由于它有如下優(yōu)點(diǎn)： 1.由于變頻后為固定的中頻，頻率比較低，簡潔獲得比較大的放大量，因此收音機(jī)的靈敏度可以做得很高。 2. 由于外來高頻信號都變成了一種固定的中頻，這樣就簡潔解決不同電臺信號放大不均

2、勻的問題。 3. 由于接受差頻作用，外來信號必需和振蕩信號相差為預(yù)定的中頻才能進(jìn)入電路，而且選頻回路、中頻放大諧振回路又是一個良好的濾波器，其他干擾信號就被抑制了，從而提高了選擇性。 但是超外差式電路也有不足之處，會消滅鏡頻干擾和中頻干擾，這二個干擾是超外差式收音機(jī)所特有的干擾。這在設(shè)計電路和調(diào)試時應(yīng)當(dāng)設(shè)法削減這些影響。本次課程設(shè)計的任務(wù)是設(shè)計并制作一個調(diào)頻收音機(jī)，使收音機(jī)的調(diào)頻部分實現(xiàn)88MHz 108MHz調(diào)頻廣播接收；并且完成電路設(shè)計，相關(guān)參數(shù)計算；完成各模塊仿真，并供應(yīng)仿真報告；完成印刷電路板設(shè)計、制作及安裝調(diào)試。本次設(shè)計接受的是“高頻放大、本振電路、混頻、中頻放大、鑒頻及低頻放大電路

3、”的電路單元，其整機(jī)具有靈敏度高、工作穩(wěn)定、選擇性好及失真度小、噪聲小等優(yōu)點(diǎn)；且外圍電路元件較少，適合自己動手焊接裝配，以達(dá)到學(xué)習(xí)和實踐相結(jié)合的目的。二、設(shè)計方案1. 主要技術(shù)指標(biāo)（1）工作頻率范圍：收音機(jī)接收到的無線電波的頻率范圍成為收音機(jī)的工作頻率，在整個接收的范圍內(nèi)滿足主要的性能指標(biāo)，工作頻率必需和放射機(jī)的頻率相對應(yīng)。調(diào)頻廣播收音機(jī)的頻率范圍為88-108MHz，由于調(diào)頻廣播放射機(jī)的頻率一般為88-108MHz。中頻頻率為465kHz。（2）靈敏度：收音機(jī)接收微弱信號的力量稱為靈敏度，一般用輸入電壓來表示?？梢越邮艿男盘栐叫。`敏度就越高。一般生活中調(diào)頻收音機(jī)的靈敏度為5-30uV。（3

4、）選擇性：收音機(jī)從各種干擾信號中選出所需要的信號或衰減不要的信號的力量稱為選擇性，單位用dB表示。dB數(shù)越高選擇性越好。調(diào)頻收音機(jī)的中頻干擾大于50dB。（4）通頻帶：收音機(jī)的頻率響應(yīng)范圍稱為通頻帶。調(diào)頻收音機(jī)的通頻帶一般為200kHz。（5）輸出功率：收音機(jī)的負(fù)載輸出最大不失真功率稱為不失真功率。輸出功率應(yīng)當(dāng)不小于100mW。2. 設(shè)計方案（1）方案論證與設(shè)計調(diào)頻收音機(jī)主要由天線、高頻放大、本振、混頻、中頻放大、鑒頻、低頻放大和揚(yáng)聲器幾個模塊組成。本設(shè)計利用三極管的放大特性進(jìn)行信號的放大，再通過并聯(lián)諧振選頻網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行頻率的選擇。接受分級設(shè)計的方式進(jìn)行各個模塊的設(shè)計。為防止前后級電路的干擾，影響

5、，可在兩級之間加射極跟隨器或者接受電感耦合的方式將前后級隔離，削減后級電路對前級電路的影響。（2）系統(tǒng)原理框圖喇叭天線 88108MHz 10.7MHz 低頻放大鑒頻中頻放大高頻放大混頻本振電路 98.7118.7MHz（3）工作原理介紹調(diào)頻（FM）收音機(jī)由輸入回路、高放回路、本振回路、混頻回路、中放回路、鑒頻回路和音頻（低頻）功率放大器組成。高頻放大后信號與本地振蕩電路產(chǎn)生的本振信號進(jìn)行混頻，混頻后輸出，再將混頻信號由中頻回路進(jìn)行選擇，提取以中頻10.7MHz為載波的調(diào)頻波。該中頻選擇回路由10.7MHz濾波器構(gòu)成。中頻調(diào)制波經(jīng)中放電路進(jìn)行中頻放大，然后進(jìn)行鑒頻得到音頻信號，經(jīng)功率放大輸出，

6、耦合到揚(yáng)聲器，還原為聲音。（4）總體電路圖所需元件清單如下表元器件名稱型號數(shù)量/個電阻10k55k23k42k11k5電位器104（100k可調(diào)）1可調(diào)電感2.1u-6.8uH1電感220uH20.1uH110mH3電容1pF318pF1150pF210uF12可調(diào)電容3/10pF1陶瓷鑒頻器J10.7MC11純銅收音機(jī)拉桿天線全長762mm,四節(jié)1三極管S90146喇叭（揚(yáng)聲器）Realplay 小喇叭 揚(yáng)聲器 直徑4CM1電池座可裝兩節(jié)五號電池1電池5號（1.5V）2三、各單元電路設(shè)計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，而且還要有肯定的選頻、濾波作用，因此晶體管

7、的負(fù)載應(yīng)為LC并聯(lián)諧振回路。在高頻狀況下，晶體管本身的極間電容及連接導(dǎo)線的分布參數(shù)等會影響的頻率和相位。同時對于此高放，還應(yīng)滿足一下三點(diǎn)要求要求：（1） 工作穩(wěn)定。（2） 選擇性好，即有肯定的通頻帶。（3） 失真小，增益高，且工作頻率變化時增益變動不應(yīng)過大。高頻小信號諧振放大電路主要由晶體管、負(fù)載、輸入信號和直流電源等部分電路組成。晶體管基極正偏，工作在甲類，負(fù)載為LC并聯(lián)諧振回路。該放大電路能夠?qū)斎氲母哳l小信號進(jìn)行反向放大。其中0=12=88108 ，下面以88MHz為例，進(jìn)行仿真。靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置如下：選頻網(wǎng)絡(luò)如下圖所示:其中電容C=0.1uH，電感為2.85uH的可調(diào)電感，二者并聯(lián)，組成

8、并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)。仿真結(jié)果及分析由仿真結(jié)果可得電壓增益A=26.119/1.373=19.02,滿足放大倍數(shù)大于10的要求。通過光譜分析儀可得，其輸出中心頻率位于88.397MHz處。2.本振電路本次設(shè)計接受西勒電路作為本振電路。西勒電路主要特點(diǎn)就是在回路電感L兩端并聯(lián)了一個可變電容C4，而C3為固定值的電容器，且滿足C1、C2遠(yuǎn)大于C3，C1、C2遠(yuǎn)大于C4?；芈返目偟刃щ娙轂樗?，振蕩頻率為在西勒電路中，由于C4與L并聯(lián)，因此C4的大小不影響回路的接入系數(shù)。假如C3固定，通過變化C4來轉(zhuǎn)變振蕩頻率，則RL在振蕩頻率變化時基本保持不變，從而使輸出振幅穩(wěn)定。此種振蕩器的優(yōu)點(diǎn)是：較易起振，振蕩頻率也

9、較為穩(wěn)定，波形失真較小，當(dāng)參數(shù)設(shè)置得當(dāng)時，其頻率掩蓋系數(shù)較大，因而選用此電路進(jìn)行電路設(shè)計對于一般小功率自動穩(wěn)幅LC振蕩器，靜態(tài)工作點(diǎn)要遠(yuǎn)離飽和區(qū)，靠近截止區(qū)，以得到較大的輸出阻抗。一般依據(jù)具體電路和電源電壓大小集電極電流一般取14mA,在實際偏置參數(shù)選定時，在可能條件下放射極偏置電阻盡可能取大一好。參數(shù)選擇主要是依據(jù)滿足振蕩頻率，滿足起振條件并有足夠的振蕩幅度和規(guī)定的頻率穩(wěn)定性等因素加以考慮。若以頻穩(wěn)性角度動身回路電容應(yīng)取大一些，有利于削減并聯(lián)在回路上的管子極間電容等變化的影響。但C不能過大，C過大，L會變小，Q值會變低，振蕩幅度也會變小。為了解決頻穩(wěn)和振幅的沖突，通常用部分接入。前已爭辯反饋

10、系數(shù)F=C1/C2不能過大或過小，適宜1/81/2.令L=0.1uH則f0=1LC=12L(C3+C4)其中f0的取值范圍為98.7MHz118.7MHz，若C3=20pF，則可取C4=10pF的可變電容。因要滿足C1,C2C3,C4 F= C1/C2取值為1/81/2，可取C1=400pF,C2=410pF。3.混頻電路混頻電路是一種頻率變換電路，是時變參量線性電路的一種典型應(yīng)用。如一個振幅較大的振蕩電壓（使器件跨導(dǎo)隨此頻率的電壓作周期變化）與幅度較小的外來信號同時加到作為時變參量線性電路的器件上，則輸出端可取得此二信號的差頻或和頻，完成變頻作用。它的功能是將已調(diào)波好的載波頻率變化換成固定的

11、中頻載頻率。而保持其調(diào)制規(guī)律不變，也就是說它是一個線性頻率譜搬電路，對于調(diào)頻波通過變頻電路后仍舊是調(diào)頻波。只是其載波頻率變化了，其調(diào)制規(guī)律是不變的。本次設(shè)計接受如下晶體管混頻電路，本振信號從射極接入，高頻信號從基極接入。因此，相互干擾產(chǎn)生牽引現(xiàn)象的可能性小。同時，對于本振電壓來說是共基電路，其輸入阻抗較小，不易過激勵，因此振蕩波形好，失真小。這是它的優(yōu)點(diǎn)。但需要較大的本振注入功率；不過通常所須功率也只有幾十mW，本振電路是完全可以供應(yīng)的。在集電極接選頻網(wǎng)絡(luò)，從中選取頻率為10.7MHz的中頻信號。因而可選取電感L=2.2uH，電容C=100pF。由圖可知示波器1中A、B通道分別顯示的高頻放大信

12、號和本振信號，示波器2顯示的是混頻之后的波形。經(jīng)過變頻器混頻之后輸出的波形通過測試可知，能夠成功混頻，并能成功選出所需頻率。4.中頻放大電路中頻放大器主要是將混頻器輸出的信號進(jìn)行大幅度提升,以滿足解調(diào)電路的需要。其主要質(zhì)量指標(biāo)有：電壓增益Av、通頻帶BW0.7、選擇性、噪聲系數(shù)。對于中頻放大器,不僅需要得到高的增益、好的選擇性,還要有足夠?qū)挼耐l帶和良好的頻率響應(yīng)、大的動態(tài)范圍等。前級混頻器輸出頻率為10.7MHz，在此次中頻放大過程中，應(yīng)當(dāng)保持其頻率不變，只對其幅值進(jìn)行放大。不過為了防止干擾頻率的影響，仍舊選用選頻網(wǎng)絡(luò)對其進(jìn)行頻率選擇。選頻頻率為10.7MHz,若電容C=1pF，則電感L=2

13、20uH。設(shè)計的中頻放大電路如下圖：通過示波器仿真如下通道B為輸入信號，通道A為輸出信號，明顯可以看出對輸入信號進(jìn)行了幾十倍放大。這將有利于之后鑒頻電路的正常工作。通過光譜分析儀可得，其中心頻率為10.890MHz，由于輸入信號存在頻偏重量，使得結(jié)果偏離10.7MHz，但是影響不大。5.鑒頻電路鑒頻器的任務(wù)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。利用LC諧振回路實現(xiàn)振幅鑒頻，LC諧振回路構(gòu)成的頻幅變換網(wǎng)絡(luò)將等幅的信號變換為FM-AM信號，然后利用包絡(luò)檢波電路恢復(fù)出原調(diào)制信號。 由于調(diào)頻波振幅恒定，所以無法直接用包絡(luò)檢波器解調(diào)。由于二極管峰值包絡(luò)檢波器線路簡潔、性能好，能夠?qū)?/p>

14、等幅的調(diào)頻信號變換成振幅也隨瞬時頻率變化、既調(diào)頻又調(diào)幅的FM-AM波，也就可以通過包絡(luò)檢波器解調(diào)此信號。設(shè)計的鑒頻電路如下：從示波器可以看出，本鑒頻電路實現(xiàn)將調(diào)頻波變成調(diào)頻+調(diào)相波，然后再進(jìn)行包絡(luò)檢波，從而提取出調(diào)制信號。從示波器波形可以看出，可以實現(xiàn)鑒頻。提取的調(diào)制重量頻率為50kHz。但考慮到所供應(yīng)的元件中有10.7MHz的鑒頻器，故直接接受鑒頻器元件，同時也可以削減誤差。6.低頻放大電路從鑒頻器輸出的信號一般很小，所以在輸出極一般接受低頻功率放大電路。設(shè)計低頻放大電路如下：通過示波器仿真如下：通道A為輸出信號，通道B為輸入信號，從圖可得此低頻放大電路對輸出信號放大了近100倍，有利于驅(qū)動

15、喇叭的正常工作。四、PCB的設(shè)計與制作1.原理圖繪制將前面的各分立模塊依據(jù)高頻放大、本振、混頻、中頻放大、鑒頻以及低頻放大的挨次連接即可。2.PCB繪制3.PCB板的制作通過打孔焊接，完成PCB板的制作，本次制作的成品如下。五、測試模塊（1）高頻放大，通過天線接受信號，再對其進(jìn)行電壓幅值放大。將輸出端接上示波器，由示波器得到的波形如下圖。（2）本振電路，產(chǎn)生98.7MHz118.7MH的正弦波振蕩信號。將其輸出端接在示波器得正極，示波器負(fù)極接地。通過示波器測得波形如下：略微有些許失真波動，單整體不影響電路的工作。（3）混頻電路的測試，將高頻放大信號與本振信號接入到三極管的基極與放射極。通過集電極進(jìn)行混頻信號的輸出。同樣地，將示波器得正極接集電極，負(fù)極接地。通過示波器所得波形如下：六、總結(jié)1.本方案特點(diǎn)及存在的問題它的缺點(diǎn)是，對于不同的頻率，接收機(jī)的靈敏度和選擇性變化叫猛烈，而且靈敏度由于受到高放不穩(wěn)定的影響，不能過高，所以現(xiàn)在的接收機(jī)幾乎全是超外差式接收機(jī)。如何進(jìn)行仿真是本次課程設(shè)計的一個關(guān)鍵所在，只對整個系統(tǒng)的混頻電路進(jìn)行了部分仿真，在這一部分，實現(xiàn)了預(yù)期的功能。在本次課程設(shè)計過程當(dāng)中，由于調(diào)頻接收機(jī)的的理