高频课程设计指导书

1 高频课程设计指导书 1 课程设计的目的 课程是在前导验证性认知实验基础上，进行更高层次的命题设计实验，是在教师指导下独立查阅资料、设计、安装和调试特定功能的电子电路。 综合设计实验对于提高学生的电子工程素质和科学实验能力非常重要，是电子技术人才培养成长的必由之路。由学生自行设计、自行制作和自行调试的综合性实验。 在高频课程设计中，经过查资料、选方案、设计电路、撰写设计报告、使学生得到一次较全面的工程实践训练。理论联系实际，提高和培养创新能力，为后续课程的学习，毕业设计，毕业后的工作打下基础。 通过本课题设 计与装配、调试，提高学生动手能力，巩固已学的理论知识，能使学生建立无线电发射机 、接收机 的整机概念，了解发射机 、接收机 整机各单元电路之间的关系及相互影响，从而能正确设计、计算发各个单元电路。初步掌握小型发射机 、接收机 的调整及测试方法。 2 课程设计的内容及步骤 程设计内容 课程设计主要包括 （ 1）满足性能指标要求的总体方案的选择； （ 2）各部分原理电路的设计； （ 3）参数值的计算； （ 4）电路的实验与调试以及参数的修改、调整。 程设计步骤 具体设计步骤如下： 第一步 功能和性能指标分析（明 确设计任务） 设计题目给出的是系统的功能要求、重要技术性能指标要求，这些要求是电子系统设计的基本出发点。 但仅凭题目所给要求，还不能进行设计，设计人员必须对题目的各项要求进行分析，整理出系统和具体电路所需要的更具体，更详细的功能要求和技术性能指标要求，这些要 3 求才是进行电子电路系统设计的原始依据。 第二步 方案论证与总体设计 （ 1）初步设计 有了功能和性能指标分析的结果，就可以进行初步的方案设计。方案设计的内容是选择实现系统的方法、准备采用的系统结构（如系统功能框图），同时还应考虑实现系统各部分的方法。 （ 2）方案比较 提出几种方案进行初步对比，如果不能确定，就应当进行关键电路分析（包括中间实验），然后再做比较，评价各个方案的优缺点、可行性和可能的达标情况，选定最佳方案。 （ 3）实际设计 注意两点：针对事关全局的主要问题，要开动脑筋，多提方案，便于合理选择；电子设计需要不断改进和完善，出现反复是难免的，但应避免方案上的大反复，以免浪费时间和精力。 第三步 单元电路设计（原理电路设计） 在选定总体方案之后，便可画出总体电路的框图，着手进行单元电路的设计。单元电路设计的一般步骤： （ 1）拟定各单元电路的性能指 标 根据设计要求和已选定的总体方案原理图，明确对各单元电路的要求，详细拟定各单元电路的性能指标。 （ 2）设计各单元电路的结构形式 在选择单元电路的结构形式时，最简单的办法是从过去学过的和所了解的电路中选择一个合适的电路。同时还应去查阅各种资料，通过学习、比较来寻找更好的电路形式。一个好的电路结构应该是满足性能指标的要求，功能齐全，结构简单、合理，技术先进等。 （ 3）主要参数的计算与选取 计算参数的具体方法已在课程中学习过且做了不少习题。但设计电路时的参数计算与做习题不一样。习题求解时通常的参数值为已知量，需 要求解的只有 1 2 个参数，正确的答案一般也只有一个。而电路设计时除了对电路的性能指标有要求外，通常没有其它任何已知参数，几乎全部由设计者自己选择和计算，这样理论上满足要求的参数值就不会是唯一的了，这需要设计者根据价格、货源等具体情况灵活选择。所以设计电路中的参数计算，首先是计算，然后是根据计算值，对参数进行合理选择。 （ 4）元器件的选择 器件选用原则： 由于集成电路具有体积小、功耗低、工作性能好、安装调试方便等一系列的优点而得到了广泛的应用，成为现代电子电路的重要组成部分之一。因此，在电子电路设计中，优先选 用集成电路已成为人们所认可的一致看法。但是也不要以为采用集成电路就一定比用分立元件好，有些特殊应用情况 (如高电压、大电流输出 )，采用分立元件往往比用集成电路更切合实际。 注意的问题： 进行各部分功能电路设计及电路连接的设计，这时要注意局部电路对全系统的影响。要考虑是否易于实现、是否易于检测等问题。因此同学们平时要注意电路资料的积累。 第四步、可靠性设计 （ 1）定出合理的设计指标。 （ 2）系统本身所能达到的指标。 （ 3）容错能力。 第五步 电磁兼容设计 4 电磁兼容特性是指确保仪器或者系统正常工作时对周围电磁环境和 内部电路相互之间电磁作用的限制、要求和特点。在电路设计时应注意： （ 1）选用电磁兼容特性好的集成电路； （ 2）尽量提高系统集成度； （ 3）只要条件允许尽量降低系统工作频率； （ 4）为系统提供足够功率的电源； （ 5）电路布局、布线要合理，做到高低频分开、功率电路与信号电路分开数字电路与模拟电路分开。 第六步 安装与调试 （ 1）调试方案设计 目的是为设计人员提供一个有序、合理、迅速的系统调试方法，使设计人员在实际调试前就对调试的全过程有清楚的认识，明确要调试的项目、目的应达到的指标、可能发生的问题和现象、处理 问题的方法以及各部分调试时所需要的仪器设备等。 还包括测试结果记录的格式设计，记录格式必须明确反映系统所实现的各项功能特性和达到的各项技术指标 （ 2）安装调试 经过对电子电路的理论设计之后，便可进入电路的安装调试阶段。电子电路的安装调试在电子工程技术中占有很重要的地位，它是把理论付诸于实践的过程，也是知识转化为能力的一种重要途径。当然这一过程也是对理论设计做出检验、修改，使之更加完善的过程。安装调试工作能否顺利进行，除了与设计者掌握的调试测量技术、对测试仪器的熟练使用程度以及对所设计电路的理论掌握水平等有 关之外，还与设计者工作中的认真、仔细、耐心的态度有关。 各单元电路调试之后逐步扩大到整体电路的联调。联调主要是观察动态结果，测试电路的性能指标，检查电路的测试指标与设计指标是否相符，逐一对比，找出问题，然后进一步修改参数，直至满意为止。 实验调试完结之后，还应注意最后校核与完善总体电路图。 第七步、撰写设计报 设计报告格式和内容如下： 一、设计题目 二、设计任务和要求 三、方案设计与论证 四、发射机 /变频器 /鉴频器设计 （ 1）单元电路分析（参数估算 ） （ 2）系统工作原理 五、系统调整与测试 整理实验数据和测 试波形，对模拟电路应有理论设计数据、实测数据、仿真数据和误差分析。 六、问题及解决措施（心得） 5 3 设计任务与要求 计任务 本题目要求设计并制作一个以分立元器件及单功能集成电路組成的 调频 接收机、发射机。因而不能使用接收机、发射机集成模块以及市售成品改装。 频发射 机设计与制作要求 （ 1） 设计与制作一个调频发射机 , 要求 载波频率 率稳定度优于 10 （ 2） 调制信号频率为 5015在调制信号振幅为 1V 时 ， 最大频偏为 75发射 机负载阻抗为 50； 需要匹配 （ 3） 在发射机 输岀功率 0 ， 接收机 解调 的 5015号波形无明显失真 条 件下， 通信距离 4m； 需要天线 （ 4） 发射机 整机 效率 35 %； 发射功率 /输入功率 （ 5） 发射机与接收机能进行语言和音乐的无线通信 。 输入信号为音频信号，麦克风 频 接收机设计与制作要求 （ 1） 设计与制作一个点频调频 超外差 接收机 ， 接收的调频信号为载波频率 （ 2） 最大频偏为 75 （ 3） 接收机中频规定为 频滤波器 通频带 18010矩形系数 ； （ 4）接收机 接收灵敏度 100V， 输入阻抗 50； （ 5） 解调器后要有低频电压和功率放大 ， 负载电阻 8， 在接收机输入信号幅值为 1 有效值 条件下 ， 输岀功率 100波形无明显失真 。 超外差接收机 中有一个振荡器叫 本机振荡器 。它产生的 高频电磁波 与所接收的 高频信号 混合而产生一个 差频 ，这个差频就是 中频 。如要接收的信号是 65者 2265收机 中用 路选择 465为 中频信号 。 超：超音频，介于中频与高频之间， 3 设计方案 射机 设计 方案 发射机采用变容二极管与压控振荡器直接调频方式调制，然后输出给高频功率放大器，通过高频功率放大器放大后，将调频信号发射。 图 4射 机统框图 收 机 设计 方案 接收机尽可能选择单功能模块进行设计。前置低噪声放大器、混频器和鉴频器选用集成电路、中频放大器双调谐放大器进行设计。 018 9018 7 图 4收机统框图 5 调频发射机电路设计 频电压放大器 的设计 为了稳定工作点，采用分压式偏置电路及电流负反馈电路来设置静态工作点。一般可用经验公式来选取静态工作点与偏置电路元件参数。低频电压放大器选用阻容耦合共射放大器，电路如图 5示。 018 源晶振 8 图 5频电压放大器 静态 工作点计算：作用 设置静态工作点的目的就是要保证在被放大的交流信号加入电路时，不论是正半周还是负半周都能满足发射结正向偏置，集电结反向偏置的三极管放大状态。 将输入信号为零、即直流电源单独作用的时候晶体管的基极电流 电极电流 Ic，之间的电压 压降 之为静态工作点。 9 10 置电阻的估算 对于小信号放 大器应工作于线性区，且在能满足电压 增益要求的前提下，样可以减小静态功率损耗。一般选取 宜，本设计选取Q 。 为了满足静态工作点的条件，要求U 一般选取U )105( ，I )105( ，本设计取 ，I 8。 100632 63 25)35()( 21 为了调整方便，选用 10K 固定电位器和 100K 电位器串联。 电极负载电阻的估算 KI ( / 若选取R ，即R /，由 / 得 1 0 0 容参数的选取 严格计算 1C 、 2C 、3据经验值，通常选取 )102(21 )10050(3 。本设计选取 1021 ， 1003 。 11 频电路 的设计 实现调频的方法可分为直接调频和间接调频两大类。 由于 变容二极管调频电 路 具有 优点是电路简单，工作频率高，易于获得较大的频偏，而且在频偏较小的情况下，非线性失真可以很小。因为变容二极管是电压控制器件，所需调制信号的功率很小 。本设计 压控振荡器选用单片集成 振荡电路 构成 直接调频 电路 ，直接用控制电压实现控制 建立 变电压输入电路拓朴基础，它已经实现了利用摩托罗拉级双极处理技术，这种技术成功产生了一种设计比 高的频率，典型控制 频率可达 1100集成压控振荡器 接 电路减到很少，使用非常方便。调制器具体电路如图 5示。 图 5直接调频电路 在这个电路中采用了 两个变容二极管，并且同极性对接，常称为背靠背联接 。其主要目的是减小高频振荡电压对变容二极管总电容的影响。为了减小这个影响采用两个变容二极管背靠背串接的方式，由两个变容二极管代替一个变容二极管。对高频振荡电压来说，每一个变容二极管只有原来高频振荡电压的一半，这样就能减小高频振荡电压对变容二极管总电容的影响。而对于调制电压 u(t)来说，由于是低频信号，高频扼流圈 L 相当于短路，加在两个变容二极管上的调 制电压是相同的。 与此 同时提高了振荡器的频率稳定度。 低功率压控振荡器 , a 储能电路 ), or 谐电路） , is an 流偏置 第 3 脚输出一个约 稳定电压，作为变容二极管的一个偏压，调整 12 以调节变容二极管的偏压。 隔离电阻，一般选取比较大，可以减弱因调整 值的影响，本设计选取 51K。串馈扼流线圈 电感量根据经验值，在短波波段一般选取 2 H。 率调制特性 频偏 指在一定调制电压的作用下所能达到的最大频率偏移值，而将 fm/为相对频偏 。 用于 调频广播、 电视 伴音、 移动式 电台的 相对频偏 较小， 一般 fm/0频偏 在 50 75内。 变容二极管直接调频的特点为最大 频偏大，能够达到几兆赫兹 ，为解决调制频偏过大的问题，因此使用变二极管部分接入的 方式完成，以达到调制信号变化 1V 时对应的频偏为 75与此 同时提高了振荡器的频率稳定度。 在要求的相对频偏较小，而所需要的 m 也就较小，因此，这时即使 不等于 2，二次谐波失真和中心频率偏移也不大。例如在 本 调频发射机中，中心频率 围内，要求的最大频偏 5所用变容二极管的 =1，则由式 求得m=0时对应的 /都很小。由此可见，在相对频偏较小的情况下 ，对变容二极管 值的要求并不严格。 生的振荡频率范围和变容二极管的压容特性有关， 大小受所加偏置电压制，偏置电压与容量关系曲线，如图 5示。 u 5 V 5 p p 容二极管的压容特性 其振荡频率下式计算 12C 其中 1544151 2 5 611 1 1 1 2 ( ) V C C 对于 2 1 H z点频 ，取 2 得 13 2 6 2 611 27( 2 ) ( 2 2 1 . 5 1 0 ) 2 1 0CC p 若 偏置电压 由 容二极管的压容特性得：1235V D V p F并选取4 5C 56180C C p F、得 1544151 2 5 61 1 3 5 1 8 05 2 11 1 1 1 2 ( ) 2 ( 3 5 1 8 0 ) V C p C C 考虑分布电容，符合设计要求。 高频电感主要用作谐振元件、 滤波 元件和阻隔元件 （称为射频扼流线圈 。 高频电感一般由导线绕制而成的， 也 称为电感线圈。 可以 是空芯或者是有骨架（如有有机玻璃、四聚氟乙烯等塑料、 锰 锌或镍锌铁氧体等磁芯或其它软磁材料 ） 两种。 工作频率在 100一般 都不能用铁氧体磁芯， 只能 使用空芯电感线圈。 高频电感绝大多数都是非标准件， 往往 需要根据实际情况， 需 自行制作。 单层 有磁芯电感线圈的实用设计方法 ，通常采用试绕法，具体的设计方法分两步： 第一步，在选好的磁环上，先试绕若干圈，设匝数为 并测出其电感量 此，计算出该线圈的结构系数 公式 20L L N得 线圈的结构系数 10 201 结构系数 线圈的结构尺寸、磁芯的有效导磁率i有关。 第二步，在同样磁芯上得到的电感量 L 为 220 0 1201L L N 得相应的匝数为：0101 镍锌铁氧体 用直径为 漆包线，在线圈上绕制在 0 6 5（外径、内径、厚度、高度） 上绕 ，然后测得实际电感值，可适当调整到设计值，正确的绕法参见图 5示。 14 3 0 度 图 5环形电感 频功率放大器的设计 在通信系统中，高频功率放大器作为发射机的重要组成部分，用于对高频已调波信号进行功率放大，然后经天线将其辐射到空间，所以要求输出功率很大。 图 5由晶体管成输出级 高频谐振功率放大器 。 为了 滤除 波 分量，采用 振回路作为选频网络，故称为 谐振功率放大电路 , 显然谐振功放属于窄带功放电路。 甲类功率放大器工作在线性状态，故信号的放大处于线性放大状态，波形没有失真，小信号放大效果较好，而且调试比较简单。它的缺点在于静态工作点较高，在没有信号时依然具有静态电流，所以它的效率不是很高。题目要求效率 40%，采用甲类功率放大器 能达到设计的要求，所以 本设计 采用此方案 电路如图 5示。 15 图 5高频功率放大器 16 图 5甲类功放的负载特性。为获得最大输出功率，静态工作点 Q 应由输出功率和负载决定。 图 5甲类功放的负载特性 发射机的输出功率 表达式为： 02000 212121 根据发射率 50要求， 求得 输出 交流电压振幅002 2 . 2 3 R V， 交流电流的振幅 002 45m 。 谐振回路的接入系数181 8 1 90 . 5C ,求得集电极输出的交流电压振幅 17 0 4 . 4 6，集电极输出的交流电流的振幅0 2 2 . 5c m mI p I m A。 它们的表达式分别为 : )( 87式中， 为饱和压降，约 1V，I ，得 78 290C C C E S c 如图 5示，晶体管 作在线性放大状态。其中 直流负反馈电阻，以稳定电路的静态工作点。 交流负反馈电阻，可以提高放大器的输入阻抗，稳定增益。 电路的静态工作点由下列关系式确定： 8787 式中， 般为几欧至几十欧。 I 78 5 . 5C E Q C C C I R R V （ ）6 调频接收机电路设计 噪声前置放大器 的设计 信号在信道中传输时， 不可 避免地要混入各种干扰和噪声， 它们 对接收有用的信号造成极其不利的影响。为了实现长距离通信， 在 通信系统中提高接收机的灵敏度比增加发射机的功率更有效， 而 n 级级联 网络 的总噪声系数为 ： 18 2311 1 2 1 2 ( 1 )1 1 1F F F P H P H P H P H P H A A A A A 由此式可知，多级 网络 总的噪声系数主要取决于前面两级，而和后面各级的噪声系数几乎没有关系。这是因为 乘积很大，后面各级的影响很小。通常，要求第一级 的 大。 美信公司的 功耗低噪声放大器 （ ，它的增益固定，不需要外围电路过多扩展，降低了噪声的引入途径和调试的难度。 于从直流至 900它有一个平坦的增益响应 。 单 +5 V 供电。 低噪声 系 数 （ 噪声 系 数 和高驱动能力 （输入、输出阻抗 50）， 使它非常适合用于各种传输接收 、 缓冲应用 。 该器件采用 内部偏置 ， 省去了外部偏置电阻或电感器 。 典型的应用 ， 唯一需要的外部元件 就 是输入输出隔离电容 。 输入输出阻抗均为标准的 50 纯电 阻， 外围不需要再另行做阻抗匹配，避免了外加组件所引入的噪声和信号衰减，进一步降低了调试的难度。但是该芯片对电源的纹波要求较高，纹波要尽可能的小，否则较大的电源纹波引入就能将衰减后的 小信号湮没，所以在电源供电上采用了 波。做好屏蔽和电源滤波后，降低了电源噪声的影响。 该前置放大能将信号放大 7 倍左右（约 17噪声影响降低，达到了小信号低噪放大的目的。其电路图如图 6示。 图 6噪声放大器 示波器测量噪声 入输出耦合电容的选取 输入输出耦合电容1C、25 3 0 0 0 5 3 0 0 0 2465( ) 2 1 . 5B l o c kC p H z 19 本设计选取 10000足容抗小于 2的要求。 载波频率 f= 1/ (2*C) , R=50 欧姆 频网络的设计（带抽头的阻抗变换） 在 输出端加上 C 谐振匹配网络 ，将输出阻抗 50 匹配到后级混频器 输入阻抗 样输出既可以减小信号反射，同时也可 以将噪声被大部分滤掉，提升了系统的信噪比。 由于 输出阻抗为 50，为了减小其对选频网络的 Q 值的影响，采用部分接入。接入系数为212L ，取 1 、 2 解得 p=出阻抗折合到选频网络的阻抗值为 /0021 5 0 2000 . 5 0 . 5 对于 2 1 H z点频，回路总电容为12 0 . 4 4L L L u H 。 由谐振频率为03434112 2f L C C 得总电容 C为 （电容计算有误） 2 6 2 611 125( 2 ) ( 2 2 1 . 5 1 0 ) 0 . 4 4 1 0CC p 采用 6电容与微调电容 56联， 并 考虑 输出电容，总 电容 C符合设计要求。 源退耦电路的设计 型滤波器， 常常 是 电源 磁干扰） 滤波器的一种， 主要 是滤除高频 信号 （抑制高次谐波） ， 往往 被设计成低通滤波器。 电感 L、 电容 C 的取值和高频干扰信号的频率有关。 因为 对于频率高于 100其谐波， 电路 分布参数不能忽略。 噪声 滤波器对噪声的抑制效果实际上往往由实验确定， 所以电感 L、 电容 C 的取值计算只能近似的估算， 其经验公式为：2 f、 12 cC 。 式中 f c 是干扰信号的截止频率， 一般 取 100Z 是噪声扼流线圈阻抗， 一般 为30 500；两个 电容 C 设计成一样， 但 不是越大越 好， 而是 根据干扰频率来估算。 本设计选取 100Z=60， 电感 L、 电容 C 的取值计算只能近似的估算值为： 20 360 952 2 1 0 0 1 0 311 265392 2 1 0 0 1 0 6 0cC p 取 L=100C= 频器 的设计 频器 超外差接收机的主要特点是，把被接收的已调波信号的载波频率先变为频率较低的 (或较高的 )，且是固定不变的中频，而其 调制 的变化规律保持不变 。 将高频信号的载波频率降低为中频的任务是由变频器来实现的 ， 变频器是由混频 器和本机振荡器组成。 常使用的混频器有晶体三极管混频器、场效应混频器、二极管混频器、 集成 模拟乘法器混频器等。 不同的混频电路对应有不同的混频能力，而且 在 很大程度上影响整个接收机的灵敏度，因此混频器的选择好坏决定着整个接收机的灵敏度。 集成 模拟乘法器混频器灵敏度高，混频效果好，干扰和失真小。 因此系统选择使用 集成 模拟乘法混频器， 常用的混频器有 。 为 集成的单功能模拟乘法器 混频器， 根据混频技术要求在集成电路内部设置好偏置，减少片外电路 ， 使用调试简单方 便 。考虑到 变频功能 ，集成电路中还集成了本机振荡器的放大和缓冲电路，使集成混频器利用片内的振荡器构成本机振荡器，而组成了变频器。图 6示是 方框原理与引脚图，图 6示是 内部等效电路图。 1 脚、 2 脚是混频器的差动输入端，能够接收 1191V） 信号； 3 脚是接地端； 4脚、 5 脚为双端输岀端，电路既可以双端输出，也可以采用单端输岀； 6 脚和 7 脚分別是构成正弦波振荡器的内部集成的晶体管的基极和发射极，本振信号可以通过隔直电容在引脚6 注入，本振信号至少应为 200P； 8 脚为电源 输入端。 图 6理框图 最高工作频率可达 500内部本机振荡电路是一个截止频率高的 其基极和发射极与集成电路引脚相连，可通过外接电路构成振荡器，其振荡频率可达 200可以通过基极直接输入外部本振信号源，経内部缓冲级送给混频器，其频率不受内部晶体管的限制。 于低电压、低电流设计，其正常供电范围是 间。 功耗低 ， 耗电 21 电流通常低于 3混频灵敏度高，可低达 V 级 , 确保整机灵敏度的要求。 更重要的是抑制本振频率反辐 射能力强， 且噪声系数低 (在工作频率 45 用于 率变换、移动通信和 线发射、接收机等设备中。 图 6部电路图 射频输入电阻为 输出电阻为 输出电容约为 3 应用时需注意阻抗匹配。 由于变频器输入阻抗为 与低噪声放大器 50的输出阻抗匹配用中间抽头的 联谐振回路实现阻抗变换，如图 6示 样既可以实现阻抗变换减小信 号反射，获得最大功率输出，提升了系统的信噪比，同时也提升了镜像频率抑制比，降低了镜频干扰， 变频器 电路图如图 6 本 振选用频率稳定度可达 10 有源晶振，有源晶振不需要外部的振荡器，信号质量好，比较稳定，连接方式相对简单 ，有源 晶振的实物图如图 6示， 图 6源晶振 实物 图 图中有个 点标记的为 1 脚 ，按逆时针（ 管脚 向下） 分别为 2、 3、 4 脚 。有源 晶振通常的用法： 1 脚 悬空、 2 脚 接地、 3 脚 接输出、 4 脚 接电源。电源 有 两种，一种是 平 ，只能用 5V， 一种是 平的， 可以接 V。 3V 时 峰值电压 5V 峰值 有源晶振的 不要直接接 要做好电源滤波，典型的解法，使用一个电容和电感 构成 型滤波器， 在高频信号线上串联数十欧姆电阻 作为 阻尼用，防止信号过冲。 22 图 6频器电路 极跟随器 射极跟随器 指的是：信号从基极输入，从发射极输出的放大器。其特点为输入阻抗高，输出阻抗低，因而从信号源索取的电流小而且带负载能力强，所以常用于多级放大电路的输入级和输出级；也可用它连接两电路，减少电路间直接相连所带来的影响 。 由于混频器输出幅度比较小，所以射极跟随器的工作点选取的较低。m A ， 3 2 K ， 100 。 由回路电压方程 b B E Q C Q U I R 得 2 3() ( 1 2 0 . 7 2 . 5 2 ) 1 0 0 2522 . 5 1 0C C B E Q C Q I 选用 250K 电阻。 频放大器 的设计 超外差接收机由于有固定频率的中频放大器，它不仅可以实 现较高的放大倍数，而且选择性也很容易得到满足。可以同时兼顾高灵敏度与高选择性，这是非常重要的。 因为中频放大器的中心频率是固定不变的，而且接收机的主要放大倍数由中频放大器承担。所以整机增益在接收频率范围内，高端和低端的差别就会很小。因此 中频放大电路的增益带宽积要高才能完成设计要求指标。 为了抑制混频干扰，需要进一步提高输入信号的选择性。因此 题目对整个接收机的带宽有要求， 而且对中频滤波器的矩形系数有相当的要求， 矩形系数 。由此可知， 单调谐回路是不能达到矩形系数小于等于 3 的技术指标。 而晶体滤波器的 带宽很窄，仅为几 23 千赫兹，完全不能满足系统对带宽的要求，若要达到带宽的要求，调试难度相当大。 双调谐回路谐振放大器具有在通频带内平坦，通频带较宽和可调节性较好的优点。 双调谐回路是解决放大器的选择性和通频带之间矛盾的有效方法。 混频器后以及 中频放大器 输出后 各 加一个双调谐回路，可以有效改善电路的带宽和矩形系数。 中频放大器电路如图 6示 ， 接有激励信号源的 路称为初级回路 , 与负载相接的 路称为次级回路或负载回路， 耦合电容，调整耦合电容 的值可以改变两个回路的耦合程度，从而改变谐振曲线的形状。 图 6中频放大器 态工作点选取 为了提高放大器的稳定性，通常静态工作点选取的比较低，本设计选取 m A，5 1e E Q U I K ， 77 。由回路电压方程 b B E Q C Q U I R 得 3() ( 1 2 0 . 7 2 . 5 1 ) 7 7 2712 . 5 1 0C C B E Q C Q I 24 选用 200K 固定电阻和 100K 电位器串联，以便调整静态工作点。 高频电路中的耦合电容及滤波电容一般选取体积较小的瓷片电容，选取耦合电容13 104C 、 旁路电容14 104C 。 合谐振回路的设计 在实际应用中，初、次级回路都调谐到同一中心频率0f。为了分析方便，设两个回路元件参数都相同，即取 1615 ， 43。 耦合回路的耦合系数 1 1 1 2( ) ( )M M C C 耦合回路的耦合因数为 ，耦合回路的谐振特性方程为 22220 4)1(2 称为弱（松）耦合，谐振曲线单峰值，且峰值达不到最大值； 1 称为临界耦合，谐振曲线单峰值，且峰值达到最大值； 1 称为强（紧）耦合，谐振曲线双峰值，且峰值达到最大值。 图 6耦合回路的频率特性 耦合谐振回路选择称为临界耦合，谐振曲线单峰值， 通频带得到了扩展，通频带内相对平坦， 满足设计指标要求中频滤波器 通频带 18010矩形系数 的要求。 因耦合因数为 1k， 自耦变压器的 Q 值一般满足 10得 25 ， 01615 。 形系数 整个系统应当尽可能减小矩形系数 在 1 临界耦合条件下，耦合回路的谐振特性方程为 20 42 2 矩形系数为 频带 设计 要求， 3宽为 f， 根据带宽的定义公式（公式中的品质因数 Q 是指回路没有外加负载时的值，即空载 Q 值）可知，该谐振回路的带宽小于 180该模块接入电路后，空载 Q 值将变为有载 Q 值，并且数值减小，带宽则相应增加。所以，后级只要做好阻抗匹配就能满足系统带宽 此设计该谐振回路时，一定要将带宽降低到 180下。 频自耦变压器的设计 为了减小晶体管输出阻抗、混频器 输入阻抗对谐振回路的 Q 值的影响， 接 晶体管 的路初级回路 , 与 鉴频器 相接的 路次级回路，均利用高频自耦变压器部分接入。 由于初、次级回路总电容 221 9 1 0 2 0 2 iC p C C p C ，为了简化计算取 初、次级回路总电容1 5 1 6C C C，利用0 1 0 21 8 . 52f f M H 估算谐振回路电感 26 2 6 2 1 2011 7 . 5( 2 ) ( 2 8 . 5 1 0 ) 3 0 1 0 考虑晶体管的输出电容和混频器的输入电容，选取电感 。 该谐振选频网络只要保证电感的空载 Q 值达到 200 以上就能较容易的满足带宽小于180要求。因此双调谐网络所使用的电感均为 选用直径为 漆包线，在线圈上绕制在 8 8 5 的磁环绕制， 在保证其绕制密度均匀和绕制紧密的情况下，其Q 值能达到 230 以上。在保证谐振在中频 矩阵系数 的前提下，可以通过调整 调谐谐振网络中的耦合电容的电容值， 调整双调谐回路的 宽， 如图 6 图 6高频自耦变压器 频器 的设计 相移乘法鉴频器的方框原理图 如图 6示 。它是由进行调频 调相调频波形变换的移相器、实现相位比较的乘法器和低通滤波器组成。 图 6移乘法鉴频器方框图 在模拟高频电路中常利用阻容电路的延时达到移相等。 用集成模拟乘法器 现的相 鉴频 器电路如图 6示。其中 联谐振回路共同组成线性移相网络，将调频波的瞬时频率变化转换为瞬时相位的变化（即 变为 ）。 作用是将 与 相乘，输出端接 成的低通滤波器（ 出。 这种鉴频电路的性能良好，片外电路简单，调整非常方便。 27 图 6移乘法鉴频器 相器的设计 目前广泛采用谐振回路作为移相器 。 移相器 原理 图 6示 ， 是一个由电容 单调谐回路 成的分压传输移相网络。设输入电压为 则输出电压 图 6相网络及其特性 . . . . ()1 1 122 1 1 12002 ( ) 1 11 R j C R C U U 对于输入调频信号来说，其瞬时频率 (t)=c+t)=c+。因为要求移相网络的0=c，则 ()= )(2222 上 式表示输入为调频波时，经移相网络产生调相调频波的相位随瞬时频率的变化关系。上述经过移相网络产生的调相调频波与原调频波输入给乘法器实现相位比较，经低通滤波器取出原调制信号。 1)1 2c 相器参数的选取： （ 1） 选取： 为 确保频率与相位的的线性变换，要求 226cL f ， 得 28 0 2 f 为保证上式成立， 在 移相网络中并联阻尼电阻 R， R 一般取 20 60 （ 2）电容 C 的选取：一般取 5 102 9 3 0 4 4C C C C ，由262 ( )L c pQ f R C C ， 求得 C。 （ 3）电感 L 的选取：由1 0 2 612 ( ) C C 求得 用 选用直径为 漆包线，在线圈上绕制在 0 6 5 的磁环绕制，绕制方法采用试绕法。 源低通滤波器的设计 （区别，有无有源器件） 在解调出信号后，该信号的噪声成分很大，需要对其进行处理，因此首先应该通过一个低通滤波器进行噪声的滤除， 常用的低通滤波器形式有无源 低通和有源低通滤波器。 考虑到时音频信号，因此，输出幅度应当变化不大，滤波电路首选有源滤波器，然后将输出信号进行适当的放大，输出给功率放大器。 本设计 采用布鲁 吞 （ 提出 的 广义 合成阻抗（ 电路 来实现，由于基于广义阻抗变的拓扑结构设计的换滤波器具有非常好的低失真、低噪声的特性 ， 与反馈滤波器相比 (例如 波器拓扑结构 ) ， 有更好的噪声和增益特性 ， 非常适合在音频系统中应用， 波器有很好的线性相位特性 ， 在音频系统中采用这种滤波器可以大大改善声音质量。 截止 频率为 40 三 阶 线性 相位 路形式如图 6示。 29 图 6源低通滤波 器 频功率放大 器 的设计 （音响，驱动扬声器） 题目要求输出功率不能小于 100此选用集成的低频功率放大器是最优选择。常用的低频功率放大器有 。不同的芯片有不同的性能，考虑到题目要求有输出信噪比，因此选用的低频功放最好具有静音功能（有此功能说明芯片对噪声有性当的抑制能力）。 本 设计 选用 频功率放大器， 其 电路结构简单，采用 路时，输出功率最大可达到 350具体电路形式如图 6示。 30 图 6频功率放大 器 31 7 系统 调试与 测试 频电路的静态调制特性 静态调制特性是指，振荡频率 f 随变容二极管直流偏置电压 变化特性，如图 7特性曲线可见， f 随偏压的变化不是直线，振荡频率的变化就不能正确地反映调制信号的变化，引入了非线性失真。为了 减小失真，获得较好的调制特性，变容管的偏压应选在线性段的中点。 图 7态调制特性 频电路的动态调制特性 动态调制特性是指，调频电路在变容二极管直流偏置电压 定后，输出频率随调制信号 u 的变化特性，如图 7示。由此曲线可确定频率调制器的调制灵敏度和最大线性频偏。 图中调制信号的最大频偏，当定时，在调制信 号频率范围内，保持不变。调制特性曲线在原点处的斜率就是调制灵敏度fk，样产生的大。一般地调制灵敏度与调制器中心频率（载频）与变容二极管的直流偏置因数有关。 32 图 7态调制特性的波