調(diào)頻接收機(jī)高頻課程設(shè)計(jì)

目錄TOC\o"1-5"\h\z一、設(shè)計(jì)目的 2二、調(diào)頻接收機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo) 2三、調(diào)頻接收機(jī)組成 3四、單元電路設(shè)計(jì) 4五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 21六、實(shí)際電路結(jié)果 22七、multisim仿真電路及結(jié)果 23八、設(shè)計(jì)總結(jié) 24九、主要參考文獻(xiàn)1/3024一、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，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。初步掌握調(diào)頻接收機(jī)的調(diào)整及測試方法,綜合應(yīng)用所學(xué)知識，進(jìn)行一次比較全面的訓(xùn)練，為今后的學(xué)習(xí)和工作積累經(jīng)驗(yàn)。二、調(diào)頻接收機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)調(diào)頻接收機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)有：1、工作頻率范圍fo=88MHz?108MHz)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)。如調(diào)頻廣播收音機(jī)的頻率范圍為88MHz?108MHz,是因?yàn)檎{(diào)頻廣播收音機(jī)的工作范圍也為88MHz?108MHz。2、靈敏度（5?30uV）接收機(jī)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(jī)的靈敏度一般為5?30uV。3、選擇性（中頻干擾比＞50dB）接收機(jī)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(jī)的中頻干擾應(yīng)大于50dB。4、頻率特性（2Af=200KHz）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（或非線性失真系數(shù)為給定值時(shí)）功率稱為輸出功率。此外還要適當(dāng)考慮輸出波形失真等問題。三、調(diào)頻接收機(jī)組成1、調(diào)頻接收機(jī)的工作原理圖10-1調(diào)頻接收機(jī)組成框圖一般調(diào)頻接收機(jī)的組成框圖如圖10-1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fl,再經(jīng)高頻放大級放大進(jìn)入混頻級。本機(jī)振蕩器輸出的另一高頻f2亦進(jìn)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?；祛l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，然后鑒頻器解調(diào)出低頻調(diào)制信號，由低頻功放級放大。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(jī)的靈敏度較高，選擇性較好，性能也比較穩(wěn)定。2、本實(shí)驗(yàn)接收機(jī)電路原理圖如附G6（課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書后面電路圖）其中晶體管QA1及其外圍元件組成輸入回路及高放回路，集成IC（MC3361）實(shí)現(xiàn)中頻放大、混頻、鑒頻、低頻功放。具體的工作原理如下：參考附圖G6,將JA1、」81連接好，即組成接受電路。從天線ANTA1接收到的高頻信號經(jīng)CA1、CCA1、LA1組成的選頻回路，選取信號為fs=10.7MHz的有用信號，經(jīng)晶體管QA1進(jìn)行放大，由CA3、TA1初級組成的調(diào)諧回路，進(jìn)一步濾除無用信號，將有用信號經(jīng)變壓器和CB1耦合進(jìn)入ICB1（mc3361）16腳與本振信號10.25NHz（mc3361的1、2腳外掛10.245MHz晶體及微調(diào)電容與內(nèi)部振蕩單元產(chǎn)生的）進(jìn)行混頻，產(chǎn)生差頻信號從3腳輸出，經(jīng)445KHz陶瓷濾波器濾波后又從5腳又進(jìn)入mc3361進(jìn)行放大，MC3361的8腳外掛鑒頻電路，最終從9腳輸出調(diào)制信號。四、單元電路設(shè)計(jì)1、高頻功率放大電路圖10-2高頻功率放大電路高頻功率放大電路如圖10-2所示,他不僅要放大高頻信號，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：從天線人^^1接收到的高頻信號經(jīng)過CA1、CCA1、LA1組成的選頻回路，選取信號為fs=10.7MHZ的有用信號，經(jīng)晶體管QA1進(jìn)行放大，由CA3、TA1初級組成的調(diào)諧回路，進(jìn)一步濾除無用信號，將有用信號經(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，振蕩信號由其它器件產(chǎn)生則稱之為混頻器。圖10-3二極管環(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10-3 (a)、(b)所示。對于圖10-3(a)所示電路，通常將信號輸入端口稱之為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)制信號一般必須加到I端口，載波信號加到R端口，所需雙邊帶信號從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Level7，Level17，Level23三種系列，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。對應(yīng)于上述三種系列，1dB壓縮電平所對應(yīng)的最大輸入信號功率分別為1dBm(1.25mW)、10dBm(10mW)、15dBm(32mW)。二極管環(huán)形混頻器具有工作頻帶寬(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)斜率等于小的直線；輸入電壓中，匕二唯“￡陽，匕二曦匚無④，且憶法曦，此時(shí)，二極管將在4的控制下輪流工作在導(dǎo)通區(qū)和截止區(qū)。由圖10-3 (a)知，流過負(fù)載的的總電流上為：h=%一%+辦一QD1、D4截止，相應(yīng)當(dāng)小20時(shí)，二極管d3D1、D4截止，相應(yīng)的等效電路為圖10-3(c)：圖10-3(c)圖10-3(d)圖10-3(c)圖10-3(d)列出的KVL方程為：［巧艮口一%一（馬一馬）民工一也=。所以，流過各二極管的電流為：P~h=Rd+2Rlk二4二° （10.1）流過負(fù)載的總電流為： —2uAT=An-工,+I-|一工il=J--1-h= 52七（10.2）當(dāng)修<0時(shí)，二極管D1、D4導(dǎo)通，D3、D2截止，相的等效電路如圖10-3（d）列出的KVL方程為:+口工+（彳_1+口工+（彳_1*）氏工_1=U/邑+q=0流過各二極管的電流為：流過負(fù)載的總電流為： 2吼t工=八一4+?2T4='1-Q= &+咻（10.4）在吃的整個(gè)周期內(nèi)，流過負(fù)載的總電流可以表示為:2苫%30時(shí)上二號+24l氏+Z/ （10.5）利用開關(guān)函數(shù)，可以將上式表示為：&)4-2Rl————（相（皿由一抬一可））=————即:（（（ 5K（（（10.6）即:由此可見，電流中包含的頻率分量為：（加T）%土空壇中的有用中頻分量為"=-- ———交2%+% （10.7）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10-3（a）知，流過輸入信號源端的電流為將式（10.2）和（10.4）代入上式中得：所以接在信號源端的等效負(fù)載電阻為：0=%=號+2尺口總尺若令用二月二兄，實(shí)現(xiàn)功率匹配，信號源提供的信號功率最大，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：￡『=101g =101g^-陽4aB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)混頻器與輸入信號源、本振信號源、輸出負(fù)載之間的阻抗匹配。3、中頻放大電路中頻放大電路的任務(wù)是把變頻得到的中頻信號加以放大，然后送到檢波器檢波。中頻放大電路對超外差收音機(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10-4(a)是LC單調(diào)諧中頻放大電路，圖10-4(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。(a＞電微 文通等效電路圖10-4中頻放大電路中頻變壓器的初級線圈與電容組成LC并聯(lián)諧振回路，它諧振于中頻465kHz。由于并聯(lián)諧振回路對詣?wù)耦l率的信號阻抗很大，對非諧振頻率的信號阻抗較小。所以中頻信號在中頻變壓器的初級線圈上產(chǎn)生很大的壓降，并且耦合到下一級放大，對非諧振頻率信號壓降很小，幾乎被短路(通常說它只能通過中頻信號)，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B=f2-f1=,見圖10-5。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。4?國耨成大髭的喊率荀悔 ?音燧成大耨的施率特性圖10-5中頻放大的頻率特性曲線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，使前后級之間實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。一般收音機(jī)采用兩級中放，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，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10-6（a）所示。圖10-6（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。fa)中?點(diǎn) (b＞等效電路圖10-6并聯(lián)諧振回路部分接入法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阻抗：此 巴ZOB0=(M+M)2ZAB0=())2ZAB0(式中N=N1+N2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'至'倍。由于可＜1,所以ZOB0VZAB0,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。上述中放電路結(jié)構(gòu)簡單，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。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)頻信號通過過零比較器變換成重復(fù)頻率與調(diào)頻信號瞬時(shí)頻率相等的單極性等幅脈沖序列,然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。圖10-7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稱的兩個(gè)振幅檢波器組成。初級回路諧振于調(diào)頻信號的中心頻率,其通帶較寬。次級兩個(gè)回路的諧振頻率分別W01、W02,并使W01、W02與Wc成對稱失諧。即:W01-Wc=Wc-W02。圖10-7雙失諧回路鑒頻器的原理圖圖10-8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)幅頻特性對于Wc是對稱的。當(dāng)輸入調(diào)頻信號的頻率為W。時(shí)，兩個(gè)次級回路輸出電壓幅度相等,經(jīng)檢波后輸出電壓U0=U01-U02當(dāng)輸入調(diào)頻信號的頻率由亞。向升高的方向偏離時(shí)，L2c2回路輸出電壓大，而L1C1回路輸出電壓小，則經(jīng)檢波后U01<U02,則U0=U01-U02<0。當(dāng)輸入調(diào)頻波信號的頻率由亞。向降低方向偏離時(shí)，L1C1回路輸出電壓大，L2C2回路輸出電壓小，經(jīng)檢波后U01>U02，則U0=U01-U02>0。其總鑒頻特性如圖10-8所示圖10-8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)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：2.0—8.0VDIP16和SO-16兩種封裝形式工作頻率：60MHz(max)MC3361結(jié)構(gòu)框圖如圖10-9所示VCCLniterDecouplingInputntains92adiveif-BnsistorB.SquelchTrigger'rtilh

H9回VCCLniterDecouplingInputntains92adiveif-BnsistorB.1.Ek1.Ek1.8k圖10-9MC3361結(jié)構(gòu)框圖MC3361集成電路采用16腳雙列直插式封裝。它具有較寬的電源電壓范圍（2?9V）,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2.0UV輸入時(shí)典型值為一3dB）,音頻輸出電壓幅值大。它的內(nèi)電路結(jié)構(gòu)框圖如圖10-9所示。區(qū)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MC3361外形圖如圖10-10所示E>SLIFFEXCASE7fr1BqsQ—4G圖10-10MC3361外形MC3361單片窄帶調(diào)頻接收電路工作原理：MC3361的內(nèi)部振蕩電路與Pin1和Pin2的外接元件組成第二本振級，第一中頻IF輸入信號10.7MHz從MC3361的Pin16輸入，在內(nèi)部第二混頻級進(jìn)行混頻，其差頻為：10.700-10.245=0.455MHz，也即455kHz第二中頻信號。第二中頻信號由Pin3輸出，由455kHz陶瓷濾波器選頻，再經(jīng)Pin5送入MC3361的限幅放大器進(jìn)行高增益放大，限幅放大級是整個(gè)電路的主要增益級。Pin8的外接元件組成455kHz鑒頻諧振回路，經(jīng)放大后的第二中頻信號在內(nèi)部進(jìn)行鑒頻解調(diào)，并經(jīng)一級音頻電壓放大后由Pin9輸出音頻信號。Pin12——Pin15為載頻檢測和電子開關(guān)電路，通過外接少量的元件即可構(gòu)成載頻檢測電路，用于調(diào)頻接收機(jī)的靜噪控制。MC3361內(nèi)部還置有一級濾波信號放大級，加上少量的外接元件可組成有源選頻電路，為載頻檢測電路提供信號，該濾波器Pin10為輸入端，Pin11為輸出端。Pin6和Pin7為第二中放級的退耦電容。MC3361窄帶調(diào)頻接收電路如圖10-11所示CrystalJ[osc.KMixeroutputLCrystalJ[osc.KMixeroutputLVcc[LimiterinputLDecoupling[LimiteroutputLQuadinput[]RFinput]GND1AudioMute]Scancontrol]Squelchinput]Filteroutput]Filterinput1Demodlatorout圖10-11MC3361窄帶調(diào)頻接收電路MC3361的極限參數(shù)如下表MC3361的極限參數(shù)(Ta=25℃)名稱引腳位置標(biāo)識符極限值單位電源電壓4Vcc(max)10V(DC)工作電壓范圍4Vcc4—8V(DC)檢波輸入電壓81Vp-p輸入電壓16V161VRMS靜噪功能14V14-0.5—5.0Vpk焊接溫度Tj150℃

工作周圍溫度范圍TA-30—+70℃儲(chǔ)藏溫度Tstg-65—+150℃MC3361內(nèi)部電路如下:6、整體電路圖綜合上述1—5可得其整體電路圖如圖10-12所示

CB2CB5:：B6CB7cp<CB2CB5:：B6CB7cp<iel20(]pf。/曲口「葉四圖10-12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)制信號的情況