課程設(shè)計---調(diào)頻收音機(jī)的設(shè)計

1、<p>　　題 目：調(diào)頻收音機(jī) </p><p><b>　　初始條件：</b></p><p>　　具較扎實的電子電路的理論知識及較強(qiáng)的實踐能力；對電路器件的選型及電路形式的選擇有一定的了解；具備高頻電子電路的基本設(shè)計能力及基本調(diào)試能力；能夠正確使用實驗儀器進(jìn)行電路的調(diào)試與檢測。</p><p>　　要求完成的主要任務(wù)：<

2、;/p><p>　　1. 采用分離元件或集成電路設(shè)計一個調(diào)頻收音機(jī)</p><p>　　2. 接收頻率范圍 88～168 MHz</p><p>　　3. 采用3V 電池供電；采用耳機(jī)或喇叭放音；</p><p>　　4. 接收 FM 波段的無線廣播清晰、可靠，無明顯雜波；</p><p>　　5. 立體聲解碼電路作為本設(shè)

3、計的發(fā)揮部分；</p><p>　　6. 完成課程設(shè)計報告（應(yīng)包含電路圖，清單、調(diào)試及設(shè)計總結(jié)等）。</p><p><b>　　時間安排：</b></p><p>　　1．2010年6月4日分班集中，布置課程設(shè)計任務(wù)、選題；講解課設(shè)具體實施計劃與課程設(shè)計報告格式的要求；課設(shè)答疑事項。</p><p>　　2．2010年

4、6月5日 至2010年6月10日完成資料查閱、設(shè)計、制作與調(diào)試；完成課程設(shè)計報告撰寫。</p><p>　　3. 2010年6月11日提交課程設(shè)計報告，進(jìn)行課程設(shè)計驗收和答辯。</p><p>　　指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日</p><p>　　系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月

5、 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p>　　1 調(diào)頻接收機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)1</p><p>　　2 調(diào)頻接收機(jī)設(shè)計2</p><p&g

6、t;　　2.1 工作原理2</p><p>　　2.2 單元電路設(shè)計2</p><p>　　2.2.1 高頻小信號放大電路2</p><p>　　2.2.2 混頻電路3</p><p>　　2.2.3 中頻放大電路7</p><p>　　2.2.4 鑒頻電路9</p><p>　　2

7、.3 總體設(shè)計10</p><p>　　3 仿真與分析12</p><p>　　4 總結(jié)與體會14</p><p><b>　　5 參考文獻(xiàn)15</b></p><p><b>　　附錄16</b></p><p><b>　　調(diào)頻收音機(jī)設(shè)計</b&

8、gt;</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　此設(shè)計思路為將超外差式調(diào)頻接收機(jī)分成攝入調(diào)諧回路、高頻放大、混頻、本機(jī)振蕩、中頻放大、鑒頻、低頻功放等幾個部分，分別講述如何實現(xiàn)將天線接收到的高頻信號進(jìn)行選頻、放大、混頻，最后解調(diào)出低頻調(diào)制信號等功能。將設(shè)計參數(shù)要求分解到各模塊的設(shè)計中以分別實現(xiàn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞

9、：超外差 鑒頻</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This design concept for the superheterodyne FM receiver will be divided into intake tuning, bribery, high-frequency amplification, mixing, t

10、he local oscillation, IF amplification, frequency, low-frequency amplifier, and several other parts, respectively, said the antenna to receive high-frequency signals selected frequency, amplification, mixing, the final d

11、emodulator to low-frequency modulation signals, and other functions. Decomposition will require the design parameters of various modules in </p><p>　　Key words: super-heterodyne discriminator frequency</

12、p><p>　　1 調(diào)頻收音機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　調(diào)頻接收機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)有：</p><p><b>　?、俟ぷ黝l率范圍</b></p><p>　　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88～108

13、 MHz，是因為調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)的工作范圍也為88～108MHz</p><p><b>　?、陟`敏度</b></p><p>　　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2μV～30μV。</p><p><b>　?、圻x擇性</b>&

14、lt;/p><p>　　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。</p><p><b>　?、茴l率特性</b></p><p>　　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。</p>

15、<p><b>　?、葺敵龉β?lt;/b></p><p>　　接收機(jī)的負(fù)載上獲得的最大不失真（或非線性失真系數(shù)為給定值時）功率稱為輸出功率。</p><p><b>　　2 調(diào)頻接收機(jī)設(shè)計</b></p><p><b>　　2.1 工作原理</b></p><p>

16、;　　一般調(diào)頻接收機(jī)的組成框圖如圖2-1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，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亦進(jìn)入混頻級，則混頻級的輸出為含有、、()、()等頻率分量的信號。混頻級的輸出接調(diào)頻回路選出中頻信號()，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

17、好，性能也比較穩(wěn)定。</p><p>　　圖2-1 超外差式調(diào)頻接收機(jī)組成框圖</p><p>　　2.2 單元電路設(shè)計</p><p>　　2.2.1 高頻小信號放大電路</p><p>　　如下圖2-2所示為共射級接法的晶體管高頻小信號放大器。它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。在高頻情況下

18、，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。晶體管的靜態(tài)工作點由電阻RA2,RA3,RA4及RA6決定，其計算方法與低頻單管放大器相同。</p><p>　　從天線ANTA1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FS2

19、204。</p><p>　　圖2-2 晶體管高頻小信號放大器</p><p>　　2.2.2 混頻電路</p><p>　　因為中頻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)或濾波器進(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。如果器件僅實現(xiàn)變頻，振蕩信

20、號由其它器件產(chǎn)生則稱之為混頻器。</p><p><b>　　(a)原理電路</b></p><p><b>　　(b)等效電路</b></p><p>　　圖2-3 二極管環(huán)形混頻器</p><p>　　A、原理電路及其等效電路</p><p>　　四個二極管組成平衡電路如

21、圖2-3所示。構(gòu)成的二極管環(huán)形混頻電路中，各二極管均工作在受參考信號控制的開關(guān)的狀態(tài)，它是另一類開關(guān)工作的乘法器。</p><p>　　對于圖2-3（a）原理電路所示，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 。 </p><p>　　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

22、Level 7，Level 17，Level 23三種系列，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) 。 </p><p>　　二極管環(huán)形混頻器具

23、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、動態(tài)范圍大等優(yōu)點。 </p><p>　　二極管環(huán)形混頻器的主要缺點是沒有混頻增益，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。實驗表明，工作頻率提高一倍，隔離度下降5dB。</p><p><b>　　B 、原理分析 </b></p>

24、;<p>　　電路工作條件：二極管伏安特性為過原點斜率等于的直線；輸入電壓中， ，，且，此時，二極管將在的控制下輪流工作在導(dǎo)通區(qū)和截止區(qū)。 </p><p>　　由圖2-3(a)知，流過負(fù)載 的總電流為： 。</p><p>　　當(dāng) 時，二極管D3、D2導(dǎo)通，D1、D4截止，相應(yīng)的等效電路為圖2-3(c)：</p><p><b>　　(公式

25、2-1)</b></p><p>　　流過負(fù)載的總電流為： </p><p><b>　　(公式2-2)</b></p><p>　　當(dāng) ＜ 0 時，二極管D1、D4導(dǎo)通，D3、D2截止，相的等效電路如圖2-3 (d) </p><p>　　圖2-3(d) 等效電路</p><p>　

26、　列出的 KVL 方程為： </p><p>　　流過各二極管的電流為： </p><p><b>　　(公式2-3)</b></p><p>　　流過負(fù)載的總電流為： </p><p><b>　　(公式2-4)</b></p><p>　　在 的整個周期內(nèi)，流過負(fù)載的總電

27、流可以表示為： </p><p><b>　　(公式2-5)</b></p><p>　　利用開關(guān)函數(shù)，可以將上式表示為： </p><p><b>　　即</b></p><p><b>　　(公式2-6)</b></p><p>　　由此可見，電流中

28、包含的頻率分量為： </p><p>　　中的有用中頻分量為 </p><p><b>　　(公式2-7)</b></p><p>　　電路特點：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就是各端口之間有良好的隔離。 </p><p><b>　　C 、插入損耗 </b>

29、;</p><p>　　根據(jù)定義，由圖 2-3(a)知，流過輸入信號源端的電流為 </p><p>　　將式(公式2-2)和(公式2-4)代入上式中得： </p><p><b>　　(公式2-8)</b></p><p>　　所以接在信號源端的等效負(fù)載電阻為： </p><p><b>

30、;　　(公式2-9)</b></p><p>　　若令 ，實現(xiàn)功率匹配，信號源提供的信號功率最大，為 </p><p><b>　　(公式2-10)</b></p><p>　　輸出端輸出的中頻電壓幅值為 </p><p><b>　　(公式2-11)</b></p>&l

31、t;p>　　相應(yīng)的輸出中頻功率為： </p><p><b>　　(公式2-12)</b></p><p>　　因此，電路的插入損耗為： </p><p><b>　　(公式2-13)</b></p><p>　　實際二極管環(huán)形混頻器各端口的匹配阻抗均為 50 Ω。應(yīng)用時，各端口都必須接入濾波

32、匹配網(wǎng)絡(luò)，分別實現(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。</p><p>　　2.2.3 中頻放大電路</p><p>　　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。</p><p>　　圖2-4是LC單調(diào)諧中頻放大電路，圖2-5為它的交流等

33、效電路。圖中Tr1、Tr2為中頻變壓器，它們分別與C1、C4組成輸入和輸出選頻網(wǎng)絡(luò)，同時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。</p><p>　　圖2-4 中頻放大電路</p><p>　　圖2-5 中頻放大器交流等效電路</p><p>　　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)諧振回路對諧振頻率的

34、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。</p><p>　　中頻變壓器的另一作用是阻抗變換。因為晶體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，使前后級之間實現(xiàn)阻抗匹配。</p><p>　　一

35、般收音機(jī)采用兩級中放，有3個中頻變壓器（常稱中周）。第一個中頻變壓器要求有較好的選擇性，第二個中頻變壓器要求有適當(dāng)?shù)耐l帶和選擇性，第三個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。 </p><p>　　實際電路中常采用具有中間抽頭的并聯(lián)諧振回路,如圖2-6(a)所示,(b)是它的等效電路?？梢钥闯?，它是由兩個阻抗性質(zhì)

36、不同的支路組成。由于L1、L2都繞在同一磁芯上，實際上是一個自耦變壓器。</p><p>　　(a)電路 (b)等效電路</p><p>　　圖2-6 LC回路部分接入法</p><p>　　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：</p><p><b>　　(公式2-14)<

37、;/b></p><p>　　（式中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等于沒有抽頭的諧振阻抗的 倍。由于 ＜1，所以<，適當(dāng)選擇變比可取得所需求的，從而實現(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。</p><p>　　2.2.4 鑒頻電路</p><p>　　實現(xiàn)調(diào)頻信號解調(diào)的鑒頻電

38、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。因為相位比較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

39、過過零比較器變換成重復(fù)頻率與調(diào)頻信號瞬時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)出與瞬時頻率變化成正比的信號。</p><p>　　圖2-7是雙失諧回路鑒頻器的原理圖。它是由三個調(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。次級兩個回路的諧振頻率分別Ｗ01 、Ｗ02 ,并使Ｗ01 、Ｗ02 與Ｗc成對稱失

40、諧。即：</p><p>　　圖2-7 雙失諧回路鑒頻器原理圖</p><p>　　圖2-7左邊是雙失諧回路鑒頻器的幅頻特性,其中實線表示第一個回路的幅頻特性,虛線表示第二個回路的幅頻特性,這兩個幅頻特性對于Ｗc 是對稱的。當(dāng)輸入調(diào)頻信號的頻率為Ｗc 時,兩個次級回路輸出電壓幅度相等,經(jīng)檢波后輸出電壓。</p><p>　　當(dāng)輸入調(diào)頻信號的頻率由Ｗc向升高的方向偏離

41、時, L2C2回路輸出電壓大,而L1C1回路輸出電壓小,則經(jīng)檢波后,則< 0。當(dāng)輸入調(diào)頻波信號的頻率由Ｗc向降低方向偏離時, L1C1回路輸出電壓大, L2C2回路輸出電壓小,經(jīng)檢波后 ,則>0。</p><p><b>　　2.3 總體設(shè)計</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求及給定的主要元器件，確定元件參數(shù)。其中，輸入耦合回路直接采用6.5MHz電

42、視伴音中頻變壓器，本機(jī)振蕩器為17.8MHz的晶振與三極管組成的考畢茲電路，微調(diào)電容可以使本振輸出頻率為17.2MHz；三極管與中頻變壓器組成混頻器，輸出10.7MHz中頻信號；FS2204為單電源工作方式，輸出端接電容，組成OTL電路。</p><p>　　為使混頻管易進(jìn)入非線性區(qū)，的靜態(tài)工作點應(yīng)較低，取，，，設(shè)，則</p><p>　　為使本機(jī)振蕩器易于起振且輸出電壓較大，晶體管的靜態(tài)

43、工作點比要高。取，，，設(shè)，則</p><p>　　電阻的作用是降低混頻級中晶體管的靜態(tài)工作點并濾除電源紋波?？捎上率接嬎悖?lt;/p><p>　　此設(shè)計利用芯片F(xiàn)S2204作為核心，其內(nèi)部包含中頻放大器、調(diào)幅檢波器、調(diào)幅混頻器、調(diào)頻減貧其、AGC自動增益控制、AFC自動頻率控制及音頻功放等功能。故只需調(diào)整好芯片外部電路和相關(guān)參數(shù)既可實現(xiàn)要求的調(diào)頻接收機(jī)除混頻外全部功能。</p>

44、<p>　　混頻級出了完成高頻調(diào)頻信號與本機(jī)振蕩信號的差拍混頻外，還要有一定的電壓增益，以滿足FS2204內(nèi)部中方與鑒頻器的要求。本機(jī)振蕩器由于采用了晶振，輸出固定頻率，所以電路不需要反復(fù)調(diào)諧。但要注意的是，在電路不起振時，可以改變晶體管的靜態(tài)工作點及有關(guān)參數(shù)。本振的束縛電壓不能太低，一般要大于200mV。</p><p><b>　　3 仿真與分析</b></p>

45、<p>　　由于系統(tǒng)設(shè)計所需主體芯片F(xiàn)S2204在Multisim仿真庫中并不存在，其內(nèi)部包含中頻放大器、調(diào)幅檢波器、調(diào)幅混頻器、調(diào)頻減貧其、AGC自動增益控制、AFC自動頻率控制及音頻功放等功能。所以只對混頻電路(圖3-1)進(jìn)行部分仿真，仿真結(jié)果如圖3-2所示。</p><p><b>　　圖3-1 混頻電路</b></p><p>　　考慮實際應(yīng)用，三

46、極管3DG100型號較舊，且性能交叉；故模擬采用ZTX337A。</p><p>　　圖3-2 混頻電路仿真結(jié)果</p><p>　　輸出頻率為10MHz，理論設(shè)計混頻電路輸出為10.7MHz，由此可以看出混頻電路部分達(dá)到了設(shè)計指標(biāo)。</p><p><b>　　4 總結(jié)與體會</b></p><p>　　無線電信號的接

47、受過程正好和發(fā)送過程相反。在接收處，先用接收天線將收到的電磁波轉(zhuǎn)變?yōu)橐颜{(diào)波電流，然后從已調(diào)波電流中檢出原始的信號。最后再用聽筒或揚(yáng)聲器將檢波取出的音頻電流轉(zhuǎn)為聲能，人就聽到了發(fā)射機(jī)處發(fā)送的語言、音樂等信號。但是，接收天線所收到的電磁波很微弱。為了提高接收機(jī)的靈敏度，可在檢波器之前加一級至幾級高頻小信號放大器，然后再檢波。檢波之后，再經(jīng)過適當(dāng)?shù)牡皖l放大，最后送到揚(yáng)聲器或耳機(jī)中轉(zhuǎn)為聲音，這樣的接收機(jī)叫做直接放大式接收機(jī)。它的缺點是，對于不同

48、的頻率，接收機(jī)的靈敏度和選擇性變化叫劇烈，而且靈敏度因為受到高放不穩(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)。</p><p>　　如何進(jìn)行仿真是本次課程設(shè)計的一個關(guān)鍵所在，因為主體芯片F(xiàn)S2204并不能進(jìn)行仿真，所以只對整個系統(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。</p><p>　　在本次課程設(shè)計過程當(dāng)中，由于調(diào)頻接收機(jī)的的理論知識已經(jīng)在相關(guān)課程當(dāng)

49、中學(xué)習(xí)掌握，所以可以很快根據(jù)設(shè)計要求對整個系統(tǒng)進(jìn)行模塊化分析，再進(jìn)行整合。經(jīng)過這種從局部到整體的實踐過程，深刻地體會到將理論知識應(yīng)用到實踐當(dāng)中是一個不斷磨合的過程，要想達(dá)到融會貫通的效果，就必須在平時的學(xué)習(xí)過程中不斷強(qiáng)化自己的實踐意識，提高實際操作能力。</p><p><b>　　5 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　謝自美 《電子線路設(shè)計·實驗

50、83;測試》(第三版) 華中科技大學(xué)出版社 2006</p><p>　　劉泉 《通信電子線路》 武漢理工大學(xué)出版社 2005</p><p>　　李銀華 《電子線路設(shè)計指導(dǎo)》 北京航空航天大學(xué)出版社 2005</p><p>　　何中庸 《高頻電路設(shè)計與制作》 科學(xué)出版社</p><p>　　張肅文 《高頻電子線路》 高教出版社</p