高频课程设计——调频解调中频放大电路设计.doc

高频电子线路High Frequency Electronic Circuit课程设计报告题目：调频解调中频放大电路设计 姓名： 学号： 专业：2007级通信工程 (二) 班学院： 电气工程学院 摘 要 本文通过对收音机接收系统的分析，确定了总体架构设计。针对收音机的接收系统的特点和所要实现的基本功能将该系统主要分为五个电路模块去实现：高频小信号大模块、混频模块、中频放大模块、鉴频模块、低频放大模块。第一章 绪论5一、设计目的 、意义以及思路61设计目的62 设计意义63、设计思路7二、设计内容81问题的提出82 主要技术指标83设计要求9第二章基本原理9一、中频放大电路的组成91FM中频放大电路的实际电路实现92芯片介绍103中频放大在调频解调电路中的工作原理11第三章 中频放大的特性18一、中频放大的特性: 18由LC调谐回路特性知，中频选频回路的通频带Bf2- f1，见图Z1009。式中QL是回路的有载品质因数。QL值愈高，选择性愈好，通频带愈窄；反之,通频带愈宽，选择性愈差。 1中频变压器的另一作用是阻抗变换。因为晶体管共射极电路输入阻抗低，输出阻抗高，所以一般用变压器耦合，使前后级之间实现阻抗匹配。 2 一般收音机采用两级中放，有3个中频变压器（常称中周）。第一个中频变压器要求有较好的选择性，第二个中频变压器要求有适当的通频带和选择性，第三个中频变压器要求有足够的通频带和电压传输系数，由于各中频变压器的要求不同，匝数比不一样,所以不能互换使用。18第四章 系统性能指标与改进19一、中频放大的质量指标：191.增益（放大系数）192.通频带193选择性20第五章 总结及心得22参考文献24附 录25第一章 绪论通信系统导论现代通信的组要任务就是迅速而准确地传输信息。随着通信技术的日益发展，组成通信系统的电子电路不断更新，其应用十分广泛。实现通信的方式和手段很多，这里主要只利用电磁波传递信息的无线通信系统通信系统组成及框图：发送设备接收设备传输信道图1高频放大本地振荡中频放大低频放大混频检波图3fsfsfofo-fs=fifiFF一、设计目的 、意义以及思路 1设计目的（1）掌握调频解调中中频放大的原理及设计方法 （2）掌握特性参数的计算（3）能够使用电路仿真软件进行电路调试2 设计意义 AGC 即自动增益控制，是无线收发信机中一个很重要的设计模块，对于提高接收机的接收范围，克服无线链路的远近效应有着极为关键的作用。本文针对接收机对中频放大电路的要求,设计实现了一种中频放大电路。对其整体结构进行了详细的设计,并根据电路要求设计了跟随器输出电路及取样反馈电路,该放大电路具有增益高、AGC 范围宽、负载能力强、输出幅度恒定、工作性能稳定等优点,可以达到良好的效果中频电路的主要作用是对中频电视信号进行放大，另一个是对中频电视信号进行视频信号解调和差拍出6.5MHz的第二伴音中频调频信号。中频电视信号是一个频率固定的高频信号，我国标准规定图像中频为38MHz，伴音中频为31.5MHz，中频只是相对于输入高频信号而言。高频头输出的中频信号幅度非常小，并且还有很多杂波，需要把杂波滤除后再进一步进行放大。中频信号杂波滤除一般用声表面波滤波器，其原理是把电信号通过换能器变成声波，声波在一种类似音叉结构的介质中传播会产生共振，产生共振信号的幅度会迭加，非共振信号的幅度会相减，产生共振的声波最后又用换能器把它转换成电信号，实际上，换能器就是我们很熟识的压电陶瓷片。声表面波滤波器是在一块硅片上做成很多个类似音叉结构的声波滤波器，其性能可以互相迭加，保证声表面波滤波器有非常高的选择性和6 MHz带宽。经中频放大后的输出信号达1伏以上，然后进行视频检波。3、设计思路中频放大器电路通常包括带通滤波、前置中放、主中放、AGC检波与放大和限幅等电路,图为中频放大器的组成框图:二、设计内容1问题的提出设计一个中频放大器使得能够对小信号进行放大。2 主要技术指标频率范围： 10Hz100Hz，100Hz1000Hz，1kHz10kHz 中频放大器中心频率的选择不仅影响中频放大器本身的性能.首先应该根据基带占据的频率宽度来选择中频,中频要远远大于基带的最高频率,这是为了便于解调后滤去中频分量,还原基带信号, 中频选择较低时,要保证前置中放的噪声系数小,选频网络的参数变化对带宽影响小,中频放大器工作稳定,中频较高时,解调时更易滤去残余分量,可以减小镜向通道和本振噪声的影响.3设计要求根据技术指标要求及实验室条件自选方案设计出原理电路图，分析工作原理，计算元件参数。（1） 提出具体方案。（2） 给出所设计电路的原理图。（3） 进行电路仿真第二章 基本原理一、 中频放大电路的组成FM解调电路 1FM中频放大电路的实际电路实现根据公式40Vg+10 可知，两片芯片的工作电压分别为5V 至6V和6V 至7V。可以保证在增益-20dB到+60dB 范围内都是可调节的。而且当第一片AD603 达到最大增益时，第二片开始工作，这样一叠加，可大大扩大增益控制范围。 2芯片介绍AD603 是一款用于RF 和IF AGC 系统的低噪声，压控放大器。管脚的连接方式决定了其增益范围。当其工作带宽为90MHz 时，可提供-11dB 到+31dB 的可变增益，当其工作带宽为9MHz 时，可提供+9dB 到+51dB 的可变增益。当增益用dB 来表示时，是线性的。通过外部电阻来调整增益的大小。它的原理框图如下3：3中频放大在调频解调电路中的工作原理1. FM中频放大电路工作原理方案一:TOSHIBA 2SC2669最大极限参数值(Ta=25)取自东芝的产品规格表参数名称符号参数单 位集极-基极间电压VCBO35V集极-射极间电压VCEO30V射极-基极间电压VEBO4V集极电流IC50mA基极电流IB10mA集极损失PC200mA接合温度Ti125保存温度Tstg-55-125单位：mm其中主要参数说明:电 源 电 压9V中 心 频 率10.7MHz输 入 限 制 电 压（-3dB）限制30dB频 带 宽（-3dB）300KHz(-20dB)800KHz检 波 频 率 范 围中心频率250KHz(2)TOSHIBA 2SC2669一般参数值(Ta=25)取自东芝的产品规格表参数名称符号测试条件最小标准最大单位集 极 截 止 电 流ICBOVCB=35V.IE=0-0.1A射 极 截 止 电 流IEBOVEB=4V.Ic=0-1.0A直流电流放大率hFE(注)VCE=12V.IC=2mA40-240集极-射极间饱和电压VCE(sat)Ic=10mA.IB=1mA-0.4V集极-射极间电压VBEIc=10mA.IB=1mA-1.0V暂态频率frVCE=10V.IC=1mA100-MHz集极输出容量CobVEB=4V.IE=0.f=1MHz-2.0-3.2pFCCrbb积CcrbbVCE=10V.IE=-1mA.f=30MHz-50ps电功率放大率GpeVcc=6V.IE=-1mA.f=10.7MHz273033dB 方案二:方案三:4中频放大电路及其交流等效电路选择度的规格订为频带宽300KHz(-3dB)或稍微宽一些。中频放大电路的任务是把变频得到的中频信号加以放大，然后送到检波器检波。中频放大电路对超外差收音机的灵敏度、选择性和通频带等性能指标起着极其重要的作用。中频变压器的初级线圈与电容组成LC并联谐振回路，它谐振于中频465kHz。由于并联谐振回路对诣振频率的信号阻抗很大，对非谐振频率的信号阻抗较小。所以中频信号在中频变压器的初级线圈上产生很大的压降，并且耦合到下一级放大，对非谐振频率信号压降很小，几乎被短路（通常说它只能通过中频信号），从而完成选频作用，提高了收音机的选择性。方案四:中频放大器是接收机电压增益的主要来源，需要提供约60dB的增益。为了保证放大器具有良好的传输特性，一般采用宽带放大电路形式。中频电路的作用是当接收机输入信号强度发生变化时，自动调节中频放大器的增益，使中放输出信号电平基本上保持不变。 实现该电路功能的方法有许多种，通常是利用有源器件的增益或衰减量与偏置电流或偏置电压之间的关系特性来实现。上图是利用前置中放管正向特性进行控制的例子。当输出中频信号变强时，从检波二极管D1上检出的电平上升，经运放4558放大并滤波后输出的直流电平也随之升高。这一控制电平加到前置中放管BG1基极，使其偏置电流c增大，Uce下降，从而使增益下降。 输入中频信号从第一栅极输入，放大后的中频信号从漏栅输出。控制电压从第二栅极加入，通过改变第二栅压来控制场效应管放大器的增益。这种电路的特点是增益控制范围大。 上图是利用PIN二极管构成的电调衰减器来实现控制。PIN管实际上是一种其等效电阻随偏置电流改变而大范围改变的二极管，当它完全导通时(电流增大)，其等效电阻仅为几至十几，而当完全载止时(电流为零)，其等效电阻达几十k至几百k。 方案五：主要参数: g ie 2860 S； C ie 18 pF ；goe 200S； C oe 7pF； y fe 45mS； fe 54 o；y re 0.31 mS； re 88.5 o第三章 中频放大的特性一、中频放大的特性:由LC调谐回路特性知，中频选频回路的通频带Bf2- f1，见图Z1009。式中QL是回路的有载品质因数。QL值愈高，选择性愈好，通频带愈窄；反之,通频带愈宽，选择性愈差。 1中频变压器的另一作用是阻抗变换。因为晶体管共射极电路输入阻抗低，输出阻抗高，所以一般用变压器耦合，使前后级之间实现阻抗匹配。2 一般收音机采用两级中放，有3个中频变压器（常称中周）。第一个中频变压器要求有较好的选择性，第二个中频变压器要求有适当的通频带和选择性，第三个中频变压器要求有足够的通频带和电压传输系数，由于各中频变压器的要求不同，匝数比不一样,所以不能互换使用。 但是在实际中，我们都需要留出一定的富裕量确保电路工作的一致性。在这里，我们选用了5.1V 至6.85V 的工作范围，其工作曲线为： 第四章 系统性能指标与改进一、中频放大的质量指标：1. 增益（放大系数）电压增益 Av=V。/Vi功率增益 Ap=Po/Pi分贝表示 Ap=10lgPo/Pi Av=20lgVo/Vi2. 通频带放大器的电压增益下降到最大值的0.7倍时，所对应的频率范围成为放大器的通频带，用BW0.7表示，也称为带宽。由于放大器所放大的一般都是已经调制的信号，而已经调制的信号都包含一定的频谱宽度，所以放大器必须有一定的通频带,以便让必要的信号的频谱分量通过放大器。 与谐振回路相同，放大器的通频带决定于回路的形式和等效品质因数QL。此外，放大器的总通频带，随着级数的增加而变窄，并且，通频带越宽，放大器的增益越小。3选择性从各种不同频率信号的总和（有用的和有害的）中选出有用信号，抑制干扰信号的能力称为放大器的选择性，选择性常采用矩形系数和抑制比来表示。（1）矩形系数。按理想情况，谐振曲线应为一矩形。即在通带内发放大量均匀。在通带外不需要的信号得到完全衰减。但实际上不可能，为了表示实际曲线接近理想曲线程度，引入“矩形系数”，它表示对邻道干扰的抑制能力。矩形系数为 Kr0.1=2f0.1/2f 0.7 Kr0.01=2f0.01/2f 0.72f0.1，2f 0.01分别为放大倍数下降至0.1和0.01处的带宽，Kr越接近于1越好。（2）抑制比。表示对某个干扰信号fn的抑制能力，用dn表示。 dn=Av0/An用分贝表示dn=20 lgdn。An为干扰信号的放大倍数；Av0为谐振点f0的放打倍数。4工作稳定性在电源电压变化或者器件参数变化时，以上三个参数的稳定程度。一般的不稳定现象是增益变化，中心频率偏移，通频带变窄等，不稳定情况的极端情况是放大器的自激，以致放大器完全不能工作。为使放大器稳定工作，必须采取稳定措施，即限制每级增益选择 内反馈小的晶体管。5噪声系数 放大器的噪声性能可用噪声系数表示 NF=PSI/PNI(输入信号性噪比)/PSO/PNO(输出性噪比) 在多级放大器中，前两集的噪声对整个放大器的噪声起决定作用，因此要求它的噪声系数应尽量小。 以上这些要求，相互之间既有联系又有矛盾，增益和稳定性是一对矛盾，通频带和选择性是一对矛盾。因此再设计电路时要特别注意。6结论和改进通过试验验证，可知该电路达到了设计的目的，而且器件简单，成本低廉，在整个试验项目中，很好的完成了相应的控制以及小信号的放大，克服了远近效应，但是由于AD603的输出电阻是200欧姆，因此需要考虑提高它的驱动能力，在实际中是通过在信号之后增加一个射极跟随电路来完成这个功能。第五章 总结及心得通过对中频放大器的设计，我深刻认识到了理论联系实际的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。高频电子线路作为我们的主要专业课之一，虽然在大三开学初我对这门课并没有什么兴趣，觉得那些程序枯燥乏味，但在这次课程设计后我发现自己在一点一滴的努力中对高频的兴趣也在逐渐增加。这次中频放大放大器课程设计我们历时两个星期，在我们班里算是倒数几组完成的吧，但经过这两个星期的实践和体验下来，我们又怎么会去在乎那个先后问题呢，因为对我来说学到的不仅是那些知识，更多的是团队和合作。现在想来，也许学校安排的课程设计有着它更深层的意义吧，它不仅仅让我们综合那些理论知识来运用到设计和创新，还让我们知道了一个团队凝聚在一起时所能发挥出的巨大潜能! 两个星期前我们两个人还在为到底选那个课题而发生分歧，最后还是在王老师的耐心分析和指导下完成了课题的选定，但是随之而来的问题却远比我们想想的要困难的多。作为一个团队，分工就显得尤为重要，在我们的讨论下我得到了连接硬件电路的任务，不过没想到这项看起来不需要多少技术的工作却是非常需要耐心和精力，最后在我们组员的帮助下也算是很好的完成了这项任务，在其他组员纷纷完成了初步的工作后，我们自信满满的准备调试，但第一次就给了我们致命的打击，设计的功能不能全部实现出来。课程设计对我来说的意义，它不仅仅是让我们把所学的理论知识与实践相结合起来，提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，更重要的是同学间的团结，虽然我们这次花去的时间比别人多，但我相信我们得到的也会更多! 参考文献1解月珍、谢沅清. 通信电子电路.北京. 机械工业出版社.20002张肃文. 无线电原理. 北京.高等教育出版社.19853冯民昌.模拟集成电路系统，（第二版）中国铁道出版社.1998 4董在望.肖华庭.通信电路.高教出版社.1993 5冯民昌.电子电路习题与机辅分析题解题指导.中国铁道出版社.19986陈永甫. 通信系统与信息网. 北京 电子工业出版社. 1996.7南利平. 通信原理. 北京 .清华大学出版社. 2002.8沈伟慈