高频课程设计1.doc

通信基本电路课程设计高频课程设计专业班级：学号：姓名： 指导教师: 摘要随着现在社会的快速发展，人们对电子产品的要求越来越高，因而电子产品无论从制作上还是从销售上都要求很高。要制作一个应用性比较好的电子产品就离不开高频电路，大到超级计算机、小到袖珍计算器，很多电子设备都有高频电路。高频电路大部分应用于通信领域，信号的发射、传输、接收都离不开高频电路。通信技术在我们的生活中广泛应用，而我所学的是电子信息工程，有一部分涉及的是通信技术，所以对于这次设计，我选择了超外差式调频接收机。在以前应用最广泛的是调频接收机，随着科学技术的发展，出现了超外差式调频接收机。所谓超外差，是指将所要接收的电台在调谐电路里调好以后，经过电路本身的作用，就变成另外一个预先确定好的频率，然后再进行放大和检波。这个固定的频率，是由差频的作用产生的。如果我们在收音机内制造 - 个振荡电波 ( 通常称为本机振荡 ) ，使它和外来高频调幅信号同时送到一个晶体管内混合，这种工作叫混频。由于晶体管的非线性作用导致混频的结果就会产生一个新的频率，这就是外差作用。采用了这种电路的接收机叫外差式收音机，混频和振荡的工作，合称变频。在本次设计中，其目的是得到一个调频接收机。在超外差式调频接收机的设计过程中，应将其分为高频放大、混频、本振、中放、鉴频、低频放大六个部分。整个电路的设计必须注意几个方面。选择性好的级，应尽可能靠近前面，因在干扰及信号都不大的地方把干扰抑制下去，效果最好。如干扰及信号很大，则由于晶体管的非线性，将产生严重的组合频率及其他非线性失真，这时滤除杂波比较困难。为此，在高级接收机中，输入电路常采用复杂的高选择电路。为了使混频和本振分别调到最佳状态，要采用单独的本振。总的来说，设计一部接收机时必须全面考虑，妥善处理一些相互牵制的矛盾，特别要抓住主要矛盾（稳定性、选择性、失真等），才能使得接收机有较好的指标。关键词：超外差，调频，本振，混频目录摘要1一、设计指标3二、调频接收机工作原理4三、各部分性能分析53.1输入选频网路53.2高频放大电路53.3本振电路73.4混频电路83.5中频放大电路103.6检波电路鉴频器113.7低频放大电路123.8低频功放电路13四、小结15附录-总电路图16参考文献16一、设计指标1、接收频率范围 85108mhz接收机可以接受到的无线电波的频率范围称为接收机的工作频率范围或波段覆盖。接收机的工作频率必须与发射机的工作频率相对应。频率范围：5351065khz，中频频率：465khz。 2、灵敏度1mv 接收机接收微弱信号的能力称为灵敏度，通常用输入信号电压的大小来表示，接收的输入信号越小，灵敏度越高。调频广播收音机的灵敏度一般为530uv。3、选择性50db接收机从各种信号和干扰中选出所需信号（或衰减不需要的信号）的能力称为选择性，单位用db（分贝）表示db数越高，选择性越好。调频收音机的中频干扰应大于50db。4、频率特性 通频带为200khz 接收机的频率响应范围称为频率特性或通频带。调频机的通频带一般为200khz。5、输出功率100mw接收机的负载输出的最大不失真（或非线性失真系数为给定值时）功率称为输出功率。二、调频接收机工作原理在超外差式调频接收机的设计过程中，应将其分为高频放大、混频、本振、中放、限幅、鉴频、低频放大七个部分。整个电路的设计必须注意几个方面。选择性好的级，应尽可能靠近前面，因在干扰及信号都不大的地方把干扰抑制下去，效果最好。如干扰及信号很大，则由于晶体管的非线性，将产生严重的组合频率及其他非线性失真，这时滤除杂波比较困难。为此，在高级接收机中，输入电路常采用复杂的高选择电路。为了使混频和本振分别调到最佳状态，要采用单独的本振。由原理图可知，从天线接收到的小信号，经过高频小信号放大器成为高频且幅度加大的信号，它与本振信号在混频器中混频，得到中频信号，由于中频信号功率较小，需用中频放大器进行信号放大，然后经过检波器的检波作用，检出需要的信号，然后经过低频放大器放大，如果功率不足，还需要加功率放大器电路，最后由扬声器输。超外差式接收机能够大大提高接收机的增益、灵敏度和选择性。因为不管电台信号频率如何都变成为中频信号，然后都能进入中频放大级，所以对不同频率电台都能够进行均匀地放大。中放的级数可以根据要求增加或减少，更容易在稳定条件下获得高增益和窄带频响特性。此外，由于中频是恒定的，所以不必每级都加入可变电容器选择电台，避免使用多联同轴可变电容器，而只需在调谐回路和本振回路用一只双连可变电容器就可完成选台。超外差电路的典型应用是超外差接收机，其优点是：容易得到足够大而且比较稳定的放大量。具有较高的选择性和较好的频率特性。容易调整。缺点是电路比较复杂，同时也存在着一些特殊的干扰，如像频干扰、组合频率干扰和中频干扰等。随着集成电路技术的发展，超外差接收机已经可以单片集成。 三、各部分性能分析 3.1输入选频网路从天线输入的小信号，经过电感电容耦合方式传输到高频放大器的输入回路中。在电感耦合的同时再通过上面的那个电容实现无线信号耦合，所形成的耦合方式称为电感-电容耦合方式，如图1-1所示。 天线与调谐回路之间既有电容耦合，又有电感耦合，电感耦合对低频信号传输有利，电容耦合对高频信号有利，综合的结果，可以在整个接收范围内得到比较均匀的传输系数。 图1-13.2高频放大电路高频放大器是用来放大高频信号的器件，在接收机中，高频放大器放所放大的对象是已调信号，它除载频信号外还有边频分量）。根据高放的对象是载频信号这一情况，一般采用管子做放大器件，而且并联谐振回路作为负载，让信号谐振在信号载频（若有边频分量，便要设计回路的通频带能通过边频，使已调信号不失真）。这样做的好处是：1）回路谐振能抑制干扰；2）并联回路谐振时，其阻抗很大，从而可输出很大的信号。对高放的主要要求是:(1) 工作稳定：放大器可能会产生正反馈，它影响放大器的稳定工作，严重时，会引起振荡，使放大器变成振荡器，从而完全破坏了放大器的正常工作。因此，在正常工作中要保证放大器远离振荡状态而稳定的工作。（2）选择性好，有一定的通频带。（3）失真小，增益高，并且工作频率变化时增益变动不应过大，工作频率越高，晶体管的放大能力越小，增益越低。增益变化太大时，则灵敏度相差将很悬殊。共射级接法的晶体管高频小信号放大器。他不仅要放大高频信号，而且还要有一定的选频作用，因此晶体管的负载为lc并联谐振回路。在高频情况下，晶体管本身的极间电容及连接导线的分布参数等会影响的频率和相位。晶体管的静态工作点由电阻r1,r2,r3决定，其计算方法与低频单管放大器相同。从天线接收到的高频信号经过电感电容式组成的选频回路，选取有用信号，经晶体管2n2222a进行放大，由l1和c4组成的调谐回路，进一步滤除无用信号，将有用信号经c2耦合到下一级，电路如图2-1 图2-1用示波器观察输出的信号波形，如图2-2所示，由示波器可知，高频放大电路的输入大约是18mv，输出是400mv，因此信号放大了22倍。 图2-23.3本振电路在本次设计中，采用改进型电容三点式振荡电路。因为本振电路的输出频率要与高频放大电路的输出信号进行混频，得到一个中频信号。所以要求本振电路的输出频率必须很稳定，所以采用了改进型电容三点式。如果本振电路的输出不稳定，将引起变频器输出信号的大小改变，振荡频率的漂移将使中频改变。振荡器的振幅与振荡管的特性以及反馈电路的特性有关，当温度及其它管子与反馈电路的特性改变时，振幅也就会改变。如图3-1所示本振电路是有晶体管和电容电感组成的克拉泼电路，是改进型的电容三点式反馈电路，由电路图可知，由c3、c1、c5、c4、l1等组成的电容正反馈电路，当他们组成的电路谐振时，由公式计算得： 计算得：f=2.4mhz 图3-1用示波器观察输出波形，如图3-2所示，由示波器显示的波形及下面的参数可知，输出频率和理论计算的差不多。 图3-23.4混频电路混频器是一个变频电路，一般用相乘器，高频放大电路和本地振荡电路的输出信号加到混频器的输入端，得到一个差频。调谐回路的输出，进入混频级的是高频调制信号，即载波与其携带的调制信号。经过混频，输出载波的波形变得很稀疏其频率降低了，但音频信号的形状没有变。通常将这个过程 ( 混濒和本振的作用 ) 叫做变频。从频谱观点上来看，混频的作用就是将已调波的频谱不失真的从的位置上，因此，混频电路是一种典型的频谱搬移电路。混频电路的原理是：把本机振荡产生的高频等幅振荡信号f1，与输入回路选择出来的广播电台的高频已调波信号f2同时加到非线性元件的输入端。利用元件的非线性作用（晶体管的非线性作用）进行混频。混频结果：输出频率为f1、f2以及频率为f1+f2、f1f2、高次谐波等多种信号。如图4-1中，用1.6mhz的信号做高频信号输入，用2065khz的正弦信号做做本振电路产生的本振信号，两个信号在晶体管中混频，由c2耦合，并由l1、c3、r4组成的网络，最终输出465khz的中频信号，到下一级的中频放大器进行放大。 图4-1混频之后输出的波形由示波器显示，如下图4-2，由图可知，中频信号的包络即为调制信号的波形。 图4-23.5中频放大电路中放的作用有两个主要作用：（1）提高增益，因中频低于信号频率，晶体管的y参数及回路谐振电阻等较大，因此易于获得较高的增益。差外差接收机检波前的总增益主要取决于中放。（2）抑制邻近干扰。对中放的主要要求是工作稳定，失真小，增益高，选择性好，有足够宽的通频带。对于高放，因工作频率高，通频带宽，故高放回路的q值越高越好，这时不必顾虑b太窄的问题；但对于中放，由于工作频率较低，若回路q值过高，频带可能太窄而不能通过全部信号分量，故希望他在要求的通频带条件下选择性越高越好，也就是要求谐振曲线接近矩形。实际谐振曲线很难做到理想矩形，为了衡量实际谐振曲线接近矩形的程度，引入矩形系数，式中为通频带中频放大电路如图5-1所示 图5-1此中频功放电路是单调谐放大器，参考课本上的设计方法，它采用自耦变压器-变压器耦合网络，其中r1、r4是偏置电阻，使射极电流为2ma，r2、c3组成去耦电路，是为了消除多级放大器各级通过电源vcc所产生的寄生耦合。通过计算得：本级的电压增益大约是。与双调谐回路相比，它的选择性较差，增益和通频带的矛盾比较突出。改进方法有：采用双调谐放大器或者采用共射-共基级联中频放大器或者采用集成电路谐振放大器并且使谐振放大器的系数s1。3.6检波电路鉴频器产生调频信号的电路叫鉴频器。对它有四个主要要求：1、基本要求，已调波的瞬时频率与调制信号成比例的变化。2、未调制时的载波频率，即已调波的中心频率具有一定的稳定度。3、最大频移与调制频率无关。4、无寄生调幅或寄生调幅尽可能小。鉴频器的任务是从调频信号中检出调制信号，它包括变换部分及振幅检波器部分。普通鉴频器的线性范围较宽，调整较易；但由可以看到，u=正比于前级集电极电流的基波幅度icm1，鉴频前若无限幅器，则icm1不为常数，于是u=将随icm1即接收信号的大小改变，而不能去掉寄生调幅的影响。故用普通鉴频器时，前面必须使用限幅器。但限幅器要求较大的输入信号，这导致限幅前高频级数的增加哦。比例鉴频器可改正这一缺点，它能同时完成限幅及鉴频的任务，其输入信号不必太大。比例鉴频器的u=为普通鉴频器的一半。但因比例鉴频器有限幅作用，其输入信号即鉴频器输入端初级回路电压约只有0.1v即可工作。设计鉴频器电路如图6-1图6-1 图中c3是高频滤波电容，r6及c8是减重网路，它用来提高抗干扰性。其作用原理是：在发射机中用加重网络加重高音，接收时用减重网络削弱高音，于是不存在高音频率失真。这样一来，减重网路把高音端的干扰削弱了，故接收机的信噪比得以提高；或者说，减重网络压缩了通频带，减小了噪声。图中电容c3上的输出电压在高音时因c3的电抗减小而下降。3.7低频放大电路检波滤波后的音频信号由电容c1耦合送到前置低放管2n2222a，经过低放可将音频信号电压放大几十到几百倍，但是音频信号经过放大后带负载能力还很差，不能直接推动扬声器工作，还需进行功率放大。从鉴频器输出的信号一般很小，所以在输出极一般采用低频功率放大电路，如果是音频信号，可以外加一个喇叭。电路如图7-1所示，这是一个共射极的低频放大电路，r1、r2、r4、r3、r5组成放大电路的偏置电阻，给放大电路提供足够的静态工作点。它的分析和模电上的一般的共射极放大电路的分析一样。最后由电容c3，耦合输出到下一级或喇叭等输出设备。 图7-1下图7-2是低频放大电路的输出显示波形，由示波器显示可知，输入端的电压是250mv，输出的电压是1000mv，因此放大倍数是4倍。 图7-23.8低频功放电路由上题中的低频放大器的放大倍数可知，它的放大倍数太小，不足以驱动喇叭等设备，需要增加低频攻防电路以增加驱动能力.因此设计低频功放电路如图8-1所示 图8-1此电路是甲乙类双电源互补对称功率放大电路，采用这种电路进行功率放大，避免了交越失真，图中r1、r2为偏置电阻，它们和d1、d2用来作为q3、q4的偏置电路。适当选择r1、r2的值，可使d1、d2连接点的静态电位为0，q3、q4的发射极电位也为0，这样d1上的导通电压为q3提供发射结正向偏置电压，d2上的导通电压为q4提供发射结正向偏置电压，是他们都处于临界导通状态，保证了三极管对死区电压的小信号也能正常放大，从而克服了交越失真。它的输出功率：它的直流电源提供的功率：它的效率是： 用示波器观察输出波形如图8-2所示 图8-2四、小结从这次课程设计中，我学到了不少的知识，用压力给了我一个复习的