超外差调幅接收机通信基本电路课程设计.doc

河南理工大学通信基本电路课程设计超外差调幅接收机姓名：王鸿福学号：310808030220专业班级：电子信息工程082班指导老师： 张 炜 学院：电气工程与自动化学院摘 要随着广播技术的发展，无论是发射机还是接收机都在不断更新换代。尤其以接收机的发展更为明显，目前的无线电接收机不但能收音，而且还有可以接受影像的电视机，接受信息的手机等。调幅接收机是一种常用的广播通信工具，有多种制作形式。例如超外差式调幅接收机和点频调幅接收机。本文主要介绍超外差调幅接收机的电路设计与调试方法。此种调幅接收机主要有六部分组成，输入回路、高频放大、变频器、中频放大、检波器和音频放大。输入回路是选择接收信号的部分，需要调谐于接收机的工作频率;接收到的信号经过放大（也可以省略放大）送给变频器变频，变频后经过中放送给检波器将已调信号还原成低频信号;本机振荡则是为检波器提供与输入信号载波相差一个确定的中频（在我国为465KHz）信号;最后的音频功放则是将声音信号放大。因为超外差式具有灵敏度高、工作稳定、选择性好及失真度小等优点。因此，超外差调幅接收机的应用更加普遍。本文详细介绍了超外差调幅接收机各部分的设计过程和在电类软件中的仿真。关键字：超外差、变频、检波目 录一、概述1.1设计题目超外差调幅接收机1.2设计目的与要求1、联系课堂所学知识，增强查阅、收集、整理、吸收消化资料的能力，为毕业设计做准备。2、培养独立分析问题、解决问题的能力。3、熟练掌握Multisim、System View 等软件的仿真。4、培养综合运用所学理论知识能力，提高综合能力。1.3设计技术指标1、频率范围：5351605kHz2、负载：3、灵敏度：4、选择性：5、输出功率：6、输出信噪比：7、直流电源：3V二、系统设计方案选择2.1超外差调幅接收机原理超外差式接收机主要由输入电路、混频电路、中放电路、检波电路、前置低频放大器、功率放大电路和喇叭或耳机组成。工作原理框图如图2-1所示：图2-1 超外差接收机原理框图由输入电路，即选择电路，或称调谐电路把空中许多无线电广播电台发出的信号选择其中一个，送给混频电路。混频将输入信号的频率变为中频，但其幅值变化规律不改变。不管输入的高频信号的频率如何，混频后的频率是固定的，我国规定为465KHZ。中频放大器将中频调幅信号放大到检波器所要求的大小。由检波器将中频调幅信号所携带的音频信号取下来，送给前置放低频放大器。前置低频放大器将检波出来的音频信号进行电压放大。再由功率放大器将音频信号放大，放大到其功率能够推动扬声器或耳机的水平。由扬声器或耳机将音频电信号转变为声音。2.2点频调幅接收机原理点频式接收机主要由输入回路、高频放大、本机振荡、解调、音频放大和喇叭或耳机组成。工作原理框图如图2-2所示：图2-2 点频调幅接收机原理框图天线接收到的信号传到输入回路，输入回路用来选择接收到的信号。并且输入回路应该调谐于接收机的工作频率。被选择后的信号传到高频放大器部分，经过选频放大。并且选频回路同样要调谐于接收机的工作频率。经过高频放大后的信号传到由模拟乘法器构成的解调电路，将已调信号还原成低频信号。由于模拟乘法器用作检波时必须有一与接收信号同频的本振信号，因此用本机振荡来提供与输入信号载波同频的信号。经过解调后的低频信号传入音频放大器电路，放大后再传到扬声器，发出声音。3.3最终方案的选取综合比较两种方案可知，点频调幅接收机明显较超外差式调幅接收机简单，对于课程设计的可行性来说，应优选点频调幅接收机。在超外差式调幅接收机中，要采用变频。变频把高频变为中频这是超外差的特点。本着先多了解这部分内容的精神，我选了做超外差调幅接受机，没有选作较简单的点频式调幅接收机。这样可以学到更多一点。三、各部分电路的设计3.1输入回路模块天线在无线电通信技术中是起到发射或接收电磁波的作用，天线性能的优良与否，往往在无线通信中起到事半功倍的作用。从原理上讲，发射天线和接收天线是互易的，但在实际应用中还是有差别的。一副在某一段频率上发射性能优良的天线，一定也是在该段频率上接收性能优良的接收天线，但随便一条能接收的天线，却不一定也是优良的发射天线。一般来说（除了发射和接收共用的天线），发射天线为了突出和强调发射效果，往往采用谐振天线（窄带天线），而接收天线却往往采用非谐振天线（宽带天线），即使接收天线回路在某些频率上存在谐振，但天线回路衡量谐振程度的品质因数（Q值）还是比较低的，这样的天线基本上可以看成是非谐振天线。如果用想同一条天线来完成全波段接收，包括 V/U 波段，甚至到 1G 以上频率的接收，最好是选择一些厂家经过专门设计的宽带天线，有些宽带天线可以工作在 500kHz-1500MHz的频率范围内，但宽带天线（非谐振天线）接收弱信号的效果总是不如窄带天线（谐振天线）。本次课程设计中采用的是谐振天线回路。具体的电路设计如图3.1：图3.1 天线回路的电路设计图为单调谐输入回路。根据接收信号的中心频率 f0 和接收信号的带宽 B，确定表示输入回路谐振特性的品质因数Q = f0/B根据中心频率，确定回路电感 L和电容C 的值。其中，电容值不能太小，否则，分布电容会影响回路的稳定性，一般取 CCie(Cie 表示下级高频放大电路中晶体管的输入电容)。为便于调整，实际电路中电容C 常用固定电容和可变电容并联的形式。在设计输入回路时，还要考虑它与天线之间，以及它与下一级放大电路之间的阻抗匹配。所以，要事先确定天线的等效阻抗，以及放大电路的等效输入阻抗。输入回路可以采用部分接入的方法，改善下一级电路对输入回路选频性能的影响。3.2混频器模块混频器，也叫变频器，是将输入信号的频率变为中频，但其幅值变化规律不改变。不管输入的高频信号的频率如何，混频后的频率是固定的，我国规定为465KHz。具有这种作用的电路成为混频电路或变频电路。混频电路有这么几种组成形式，晶体管混频电路，二极管混频电路，差分对模拟乘法器混频电路。3.2.1 晶体管混频电路：有四种形式如图3.2.1： (a) (b)(c)(d)图3.2.1 晶体管混频器的电路组态晶体管混频器的变频增益较高,因而在中短波接收机和测量仪器中广泛采用。图3.2.1为晶体管混频器的原理性电路。这四种电路各有优缺点。图3.2.1（a）电路对振荡电压来说是共射电路，输入阻抗较大，因此用作混频时，本地振荡电路比较容易，需要的本振注入功率也较小。这是它的优点。但是因为信号输入电路与振荡电路相互影响较大（直接耦合），可能产生牵引现象。这是它的缺点。当s与o的相对频差不大时，牵引现象比较严重，不宜采用此种电路。图3.2.1（b）电路的输入信号与本振电压分别从基极输入和发射极输入，因此，相互干扰产生牵引现象的可能性小。同时，对于本振电压来说是共基电路，其输入阻抗较小，不易过激励，因此振荡波形好，失真小。这是它的优点，但需要较大的本振注入功率；不过通常所需功率也只有几十毫瓦，本振电路是完全可以供给的。因此，这种电路应用较多。图3.2.1（c）和（d）两种电路都是共基混频电路。在较低的频率工作，变频增益低，输入阻抗也较低，因此在频率较低时一般都不采用。但在较高的频率工作是（几十兆赫兹），因为共基电路的 比共射电路要大很多，所以变频增益较大。因此，在较高频率工作时也有采用这种电路的。3.2.2 二级管混频器分析晶体管混频电路：有四种形式如图3.2.2： （a）（b）图3.2.2 二极管混频器的电路组态图3.2.2表示的是二极管混频器的原理性电路，图3.2.2（a）是二极管平衡混频器的原理性电路，图中变压器的TR1和TR2的中心抽头是对称的。由图可见，信号电压Vs=Vsm cos0t反相加在两个二极管D1和D2上；振荡电压V0=Vom cos0t同相地加在D1和D2上。如果Vom Vsm , 则D1和D2工作在开关状态，其开关频率为0/2。图3.2.2（b）表示的是二极管环形混频器的原理性电路，它的产生是为了在混频器中进一步抑制一些非线性产物目前被广泛采用。它可以看成是两个平衡混频器的组合，如图3.2.2（b）中外面两个可以看成是本振电压正半周的电流流向；里面两个可以看成是本振电压负半周的电流流向。差分对模拟乘法器混频电路暂不介绍。3.2.3 分析选择晶体管混频器的主要优点是变频增益较高，但它有如下一些缺点：动态范围较小，一般只有几十毫伏；组合频率较多，干扰严重；噪声较大（与二极管相比较）；在无高放的接收机中，本振电压可通过混频管极间电容从天线辐射能量，形成干扰。这种辐射称为反向辐射。二极管组成的平衡混频器和环形混频器的优缺点正好与上述情况相反。它有组合频率少、动态范围大、噪声小、本振电压无反向辐射等优点。缺点是变频增益小于1。为了实现输出增益较高我选用的是晶体管混频器。本次电路如图3.3.1：图3.3.1仿真结果如图3.3.2：图3.3.23.3本地振荡器就是用LC与三极管组成一个振荡电路，产生一个稳定的等幅振荡频率F0，它总是比接收的电台频率F1高465KHz。经混频电路中非线性元件后，产生大量的谐波、组合波，利用固定的谐振回路，选取出465KHz的中频信号。 当收音机在调谐时，天线回路谐振于不同的电台信号F1，本机振荡电路同时改变频率，使得F0总是比F1高465KHz，这样就完成了“变频”的过程带有音频信息的不同电台的调幅信号，变成了载频固定的调幅中频信号。由于中频信号频率较低、频率固定，便于对它进行稳定和高增益的放大，也确保了收音机的选择性。由于整个接收机的频率稳定度由它决定，因此要求本地振荡有较高的频率稳定度，同时也有一定的振荡功率(或电压)，其输出波形失真要小。振荡器有很多种，此次选用的是石英晶体振荡器主要原因是因为本振要求要求它的振荡频率应十分稳定。一般的LC振荡电路，其日频率稳定度约为，晶体振荡电路的Q值可达数万，其日频率稳定度可达，因此，本机振荡电路采用晶体振荡器。此次用的是并联谐振型晶体c b型振荡器电路。电路如图3.3.1：图3.3.1 并联谐振型晶体振荡器电路图3.3.1所示电路相当于电容三端式振荡电路，为典型的并联谐振型晶体振荡器电路。晶体管的基极对高频接地，晶体接在集电极与基极之间，C3与C5为回路的另外两个电抗元件。他类似于克拉波电路。晶体振荡器的谐振回路与振荡管之间的耦合非常弱，从而是频率稳定性大为提高。仿真结果如图3.3.2：图3.3.2并联谐振型晶体振荡器电路仿真结果3.4中放与检波中放：如果外来信号和本机振荡相差不是预定的中频，就不可能进入放大电路。因此在接收一个需要的信号时，混进来的干扰电波首先就在变频电路被剔除掉，加之中频放大电路是一个调谐好了的带有滤波性质的电路，所以接收机的选择性指标很高。超外差式接收机能够大大提高收音机的增益、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接收。检波即调幅波的解调，从输入的调幅波中还原调制信号。可见，检波器是调幅接收机的核心电路，衡量它性能的指标主要有检波效率、检波失真、等效输入电阻等。为了了解解调，我们首先来看调制的过过程。调幅就是用低频调制信号去控制高频振荡（载波）的幅度，使高频振荡的振幅按调制信号的规律变化。把调制信号和载波同时加到一个非线性元件上(例如晶体二极管或晶体三体管)，经过非线性变换电路，就可以产生新的频率成分，再利用一定带宽的谐振回路选出所需的频率成分就可实现调幅。幅度调制信号按其不同频谱结构分为普通调幅（AM）信号，抑制载波的双边带（DSB）信号，抑制载波和一个边带的单边带（SSB）信号。解调时可以用同步检波或者包络检波。此次电路设计把中频放大与检波放在一起设计与仿真了。用的是包络检波。主要用来接受普通调幅（AM）信号。设计电路如图3.4.1：图3.4.1 中频放大与检波电路中频放大的仿真如图3.4.2：图3.4.2 中频放大的仿真图形后面影响有点失真受。不接后边电路图形很好。检波电路的仿真如图3.4.3：图3.4.3 检波电路的仿真虽然前边的波形受到了影响，但是检波后波形还是非常好的。包络检波还可以用二极管检波：二极管包络检波的电路如下图3.4.4由二极管组成的包络检波电路（1）二极管D 的选择在选择检波二极管时，要考虑输入信号的频率，保证二极管的工作频率远小于其自身的截止频率。一般可选用点接触型检波二极管，如 2AP9，其截止频率为100MHz，（2）检波负载电阻的确定先估算检波器后的低频放大器等效输入电阻 ri的值，一般为 25k。为满足检波输出波形不产生负峰切割失真的条件，即MaRi/(Rl+Ri)式中 ma表示调幅度，通常，在接收机中 ma最大约为 0.8，平均为 0.3，所以，一般选RL=510 k。（3）负载电容C的确定根据检波输出波形不产生惰性失真的条件，得工程上确定负载电容 C的近似计算式：Nmax*Rl*C1.5（4）隔直耦合电容CC的确定CC 的存在主要影响检波的下限频率。为使调制信号频率为最小值时，CC 上的电压降不大，不产生频率失真，必须满足下式：1/(Nmin*Cc)Ri在通常的音频范围内，上式是容易满足的。一般取CC为几uF，如 510uF。本次课程设计中采用的是MC1496构成的同步检波电路3.5低频放大器低频放大：一般从鉴频器输出的信号都比较小，为了得到我们所需的信号，必须将输出信号进行放大。一般采用三极管放大电路来实现这一功能。本次设计是音频信号，所以采用运算放大器效果比较好。有很多人采用运放，因为不需要做实物，想对三极管的运用个熟练一些，所以我还是采用的三极管。此次电路图的设计为如图3.5.1：图3.5.1 低频放大器电路仿真结果如图3.5.2：四、整体电路图五、部分元件的选择与确定1、三极管选择变频管的截止频率f应比实际最高频率高出23倍以上。各级三极管的穿透电流ICEO都应该尽量小，对于的选择，一般希望选大些，特别是第一中放管的值应选大于100，但不宜过大（容易引起自激），应根据实际需要选配适当的值。可以全部选用中等值（6080）配套，或采用=80120的与3060的配成一套（电源电压不高，功率管ICEO即使稍大些也可用）。2、 电容的选择高频部分的电容耦合电容和旁路电容在0.010.047F间选用。变频管的振荡耦合电容和基极旁路不能过大或过过小，否则，因容值过大引起间歇振荡，过小引起低端停振现象，应根据振荡频率f估算所涉及回路的时间常数选取该电容。中频槽路电容误差可允许 5% 10%（通常中周TTF系列配200pF电容）。电解电容允许误差不作要求，但要注意其耐压值，有较高的绝缘电阻。本机振荡回路并联的微调电容，可采用具有负温度系数的拉线电容。六、心得体会耗时几天的高频课程设计终于将要在自己的收获与体会中尘埃落定,这几天真的是一直