超外差式調幅接收機課程設計報告

-.z.**建筑大學電氣與電子信息工程學院高頻電子線路課程設計報告設計題目：超外差調幅接收機設計專業(yè)班級：電子信息工程111學生**：樊海燕學號：10211137指導教師：王超高曉紅設計時間：2014.12.08－2013.12.19教師評語：教師評語：成績評閱教師日期-.z.（一）設計題目超外差調幅接收機設計（二）目的、內容及要求1.設計內容（1）、掌握超外差調幅接收機原理；（2）、設計接收機的各個單元電路，畫出單元電路圖；（3）、應用EDA軟件（multisim軟件）對所設計電路進行仿真驗證。（4）、總電路圖技術指標:接收頻率*圍535～1605KHz，輸出功率150mW，靈敏度50μV。2.設計目的與要求（1）、聯(lián)系課堂所學知識，增強查閱、收集、整理、吸收消化資料的能力，為畢業(yè)設計做準備。（2）、培養(yǎng)一定的獨立分析問題、解決問題的能力。對設計中遇到的問題能通過獨立思考、查閱有關資料，尋找解決問題的途徑。（3）、熟練掌握Multiuse、MATLAB、SystemView等軟件的仿真（4）、掌握超外差調幅接收機的工作原理，以及對其電路模塊高頻小信號放大器、混頻器、本地振蕩器、中頻放大器、檢波器、低頻放大器等的電路、原理、功能的鞏固理解。（三）工作原理超外差式接收機的核心是混頻器部分?；祛l器的作用是將收到的不同的載波頻率轉變?yōu)楣潭ǖ闹蓄l。這種作用就是所謂的外差作用，這也是超外差式接收機名稱的由來。由于中頻是固定的，因此中頻放大器的選著性與增益與接收機的載波頻率無關。這就克服了直接放大式的缺點。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。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，而只需在調諧回路和本振回路用一只雙連可變電容器就可完成選臺。超外差電路的典型應用是超外差接收機，其優(yōu)點是：(1)容易得到足夠大而且比較穩(wěn)定的放大量。(2)具有較高的選擇性和較好的頻率特性。(3)容易調整。缺點是電路比較復雜，同時也存在著一些特殊的干擾，如像頻干擾、組合頻率干擾和中頻干擾等。隨著集成電路技術的發(fā)展，超外差接收機已經可以單片集成。（四）總體方案超外差式調幅接收機，整個電路由六部分組成，分別為高頻小信號放大、混頻、本振、中頻放大、檢波、低頻放大。（1）高頻小信號放大：高頻放大器是用來放大高頻信號的器件，在接收機中，高頻小信號放大所放大的對象是已調信號，它除載頻信號外還有邊頻分量。運用并聯(lián)諧振回路作為負載。（2）混頻：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，在調幅電路中，本振信號必須是獨立的，這是與調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。（3）本振：本振電路用LC諧振回路來產生一個穩(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，得到一個中頻信號?；祛l器和本振放在一起叫做變頻器。（4）中頻放大：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諧好了的帶有濾波性質的電路，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，而只需在調諧回路和本振回路用一只雙連可變電容器就可完成接收。（5）檢波：將音頻信號或視頻信號從高頻信號(無線電波)中分離出來叫解調也叫檢波。檢波分為同步檢波和包絡檢波。（6）低頻放大：一般從檢波電路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。一般采用運算放大器進行放大。（五）單元電路設計1、高頻小信號放大器高頻放大器是用來放大高頻信號的器件，高頻放大器與低頻相比較，它的工作頻率高，但整個工作頻帶寬度比較窄。在接收機中，高頻放大器所放大的對象是已調信號，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，一般采用晶體管做放大器件，而且用并聯(lián)諧振回路作為負載，讓信號諧振在信號載頻。對于高頻小信號放大器來說，由于信號小，可以認為它工作在晶體管的線性*圍內。允許把晶體管看成線性元件，可以看成有源線性四端網絡。對高頻放大器的主要要求是:(1)工作穩(wěn)定：放大器可能會產生正反饋，它影響放大器的穩(wěn)定工作，嚴重時，會引起振蕩，使放大器變成振蕩器，從而完全破壞了放大器的正常工作。因此，在正常工作中要保證放大器遠離振蕩狀態(tài)而穩(wěn)定的工作。（2）選擇性好，有一定的通頻帶。（3）失真小，增益高，并且工作頻率變化時增益變動不應過大，工作頻率越高，晶體管的放大能力越小，增益越低。增益變化太大時，則靈敏度相差將很懸殊。（4）噪聲系數(shù)小，盡量減小本級的內部噪聲。圖1高頻小信號放大電路圖1中LN及為中和元件。在高頻時，為了抵消之反饋，采用了LN及。當（即LN及串聯(lián)的諧振頻率低于工作頻率，LN于之路呈感性）且等效電感之感抗值與相等時，則與數(shù)值相等，符號相反，互相抵消。調節(jié)可使。為漏極輸出電容，與L諧振，其諧振電阻為,將與=合并為()，便得諧振時的輸出電壓為于是電壓增益為對場效應管，主要關心電壓增益，至于功率增益，由于放大器的輸入電流很小，輸入端就不消耗什么功率，因而功率增益很高，于是功率增益便不太重要。本次設計的高頻放大電路運用的核心器件是場效應管。場效應管放大器有以下優(yōu)點：（1）場效應管柵流小，輸入阻抗高，Kp大。（2）放大時工作在幾乎不隨改變的區(qū)域，輸出阻抗高。（3）因輸入輸出阻抗高，故回路可直接與管子相連，而不一定要經過阻抗變換器。當然，在頻率相當高時，因輸入輸出阻抗急劇下降，并且為了匹配，場效應管亦應通過阻抗變換網絡與回路相連。（4）內部反饋比晶體管小。這是因為反饋導納比普通晶體管的小。在頻率很高時，通過的反饋較大，這時可用中和法消除的影響。（5）場效應管的轉移特性為平方曲線，不產生包絡失真、交叉調制、三階互調，阻塞電平可達3-4V。當然，實際特性不可能是理想平方曲線，因而總會有些失真，不過他比一般的晶體管要小的多。（6）噪聲系數(shù)小。圖2高頻小信號放大的仿真結果2、混頻器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。調諧回路的輸出，進入混頻級的是高頻調制信號，即載波與其攜帶的調制信號。經過混頻，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。從頻譜觀點上來看，混頻的作用就是將已調波的頻譜不失真的從fc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?；祛l電路的原理是：把本機振蕩產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（晶體管的非線性作用）進行混頻?；祛l結果：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。在設計中采用晶體三極管混頻器，晶體三極管環(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)*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。由于混頻依靠非線性特性來完成，因此在混頻過程中會產生各種非線性干擾，如組合頻率，交叉調制，互相調制等干擾。這些干擾將會嚴重的影響通信質量，因此要求混頻電路對此應能有效的抑制。圖3混頻電路圖4混頻仿真結果圖5混頻仿真結果3、本地振蕩器本振電路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。所以采用石英晶體振蕩器。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。圖6本地振蕩器電路圖7本地振蕩器信號仿真結果4、中頻放大器超外差接收機中的中頻放大器是一種頻帶較寬的諧振放大器。中頻放大器采用諧振回路作負載，其諧振曲線接近理想曲線—矩形處。這對超外差接收機的中放來說是完全必要的，因中放任務之一是削弱鄰近干擾，而鄰近干擾頻率離信號很近，變頻之后，離中頻放大器就很近，若中放的諧振曲線不好，便難以削弱。中頻放大的作用有兩個主要作用：（1）提高增益，因中頻低于信號頻率，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。對中放的主要求是工作穩(wěn)定，失真小，增益高，選擇性好，有足夠寬的通頻帶。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)，式中為通頻帶。圖8中頻放大電路圖9中頻放大仿真結果5、包絡檢波器把信號從中頻放大輸出的載波中解調出來，需要用到檢波電路。檢波器包括同步檢波器和包絡檢波器。本次設計采用包絡檢波器。包絡檢波器的質量指標是：電壓傳輸系數(shù)、等效輸入電阻、失真等都要在電路中仿真中考慮。圖10檢波電路檢波電路如圖10所示。電路圖是二極管峰包絡檢波器，D1是檢波二極管，C1是檢波電容，其中檢波電容通高頻阻低頻，而R2是直流負載電阻。電路中調制指數(shù)m=0.8，輸入信號的載波頻率是465KHZ，幅值是0.2V，調制信號頻率60KHZ。圖11檢波電路仿真結果6、低頻放大器從檢波器解調出的輸出信號一般很小，所以在輸出極一般采用低頻功率放大電路，把信號放大到所需要的大信號，然后再輸出。電路如圖12所示：圖12低頻放大電路圖13低頻放大器仿真結果（六）系統(tǒng)設計與仿真分析系統(tǒng)工作流程：空間有許許多多電臺發(fā)送的電磁波，它們都有自己的固定頻率，收音機通過天線和由電感線圈和可變電容器組成的諧振電路（稱調諧電路）來選擇性的接收所需高頻信號。由調諧電路所選擇出的所需要的電臺信號是已調幅的高頻信號，并且十分微弱，需要先經過高頻小信號放大器進行放大處理，再經過變頻器（混頻器和本振）將高頻信號變?yōu)轭l率為465KHz的中頻信號，這是超外差式收音機的核心部分，由于它是調制信號，喇叭無法將這種信號直接還原成為聲音，因此，必須從高頻信號中把音頻信號分離出來，這個分離過程被稱為解調，或檢波。在收音機中，檢波是由半導體器件二極管或三極管來完成。調幅的高頻信號經檢波還原出音頻信號，再經過低頻功放然后送往喇叭，喇叭將音頻信號還原為聲音。收音機接收天線將廣播電臺播發(fā)的高頻的調幅波接收下來，通過變頻級把外來的各調幅波信號變換成一個低頻和高頻之間的固定頻率—465KHz（中頻），然后進行放大，再由檢波級檢出音頻信號，送入低頻放大級放大，推動喇叭發(fā)聲。而不是把接收天線接收下來的高頻調幅波直接放大去檢出音頻信號（直放式）。超外差式收音機由輸入回路高放混頻級、一級中放、二級中放、前置低頻放大器兼檢波級、低放級和功放級等部分組成，接受頻率*圍為535KHZ~1605KHZ的中波段。系統(tǒng)原理圖見附錄二（七）總結與體會緊*而又繁忙的高頻電子線路課程設計過去了，通過這兩周的課程設計的實習中,使我受益匪淺。這次實訓，使我真正的意識到自己對高頻電子線路相關知識的缺乏以及動手能力的欠缺。沒有實踐，再好的理論也沒有用。設計電子線路最重要的一個方面就是要認真；其次是要有耐心，勇于克服困難，不斷解決問題，面對困難要永不退縮，迎難而上；再次是要有清晰的思維，能夠理清各個器件之間的關系，明確各個器件的功能；最后還要和同學多交流合作，多參考書籍。通過這次高頻電子線路課程設計，我了解并發(fā)現(xiàn)了很多設計電路的方法，而且懂得了如何處理錯誤的方法。擁有足夠的耐力和信心，對課程設計每一步的順利進行極其重要高頻是一門比較難學的課程，相對來說,高頻的課程設計也是不容易做的。電路的頻率很高，平時電路中很多不用考慮的東西現(xiàn)在都會影響電路的性能，所以電路在選擇原件及布局是時候都要很細心考慮?；仡櫰鸫苏n程設計，至今我仍感慨頗多，從理論到實踐，在這段日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設計，讓我對調幅接收機各種電路都有了大概的了解，我深刻體會到實際動手操作與動腦看書學理論的天壤之別，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計中遇到很多困難，都通過上網和查找書本相關內容而慢慢解決了，每當解決一個困難都會感覺到一次快樂，慢慢體會到枯燥的東西用心做好了也是一種快樂，苦中尋樂。在課程設計當中，我主要應用multisim軟件了，使得軟件應用更加熟練了；另外對word排版也有了認識，為以后的畢業(yè)設計打下了很好的基礎（八）參考文獻[1]胡宴如.高頻電子線路.:高等教育,2007年.[2]于洪珍.通信電子線路.:清華大學,2008年.[3]高吉祥.高頻電子線路.:電子工業(yè),2007年.[4]曾興雯等主編．高頻電路原理與分析．**電子科技大學，2004年．[5]*肅文.高頻電子線路．高等教育，2005年.附錄1：元器件