调频对讲机调频系统的设计

I 摘摘 要要 近年来，电子工业发展非常惊人，当然这些进步都成了人类生活不可缺少的部 分，1937年莫尔斯发明的有线电报开创了利用电传递信息的新时代。1876年贝尔发 明的电话已成为我们日常生活中通信的重要工具，1918年，调幅无线广播条幅接收 机问世，1936年，商业电视广播开播伴随着人类的文明、社会的进步和科学技 术的发展，电信技术也是以一日千里的速度飞速发展，而且无线通信在现在的生活 中更是重要，我们常用的手机，无线电话还有各种电器的遥控器等，大到航天小到 小孩玩具都离不开发射和接收设备。 调频与调幅是目前应用最广的两种发送接收方式，随着社会发展调频方式越来 越成为现代设备的必要工作方式。超外差是目前很多接收机广泛采用的技术，与直 接放大式接收机相比，超外差具有很多突出的优点。具有灵敏度好，易得到足够大 且比较稳定的放大量，易调整等。 关键词：接收机关键词：接收机 超外差超外差 调频调频 II abstract In recent years, the electronics industry is very alarming, of course, these advances have become an indispensable part of human life, the 1937 cable Morse invented telegraph to create a new era for the use of electronic transmission of information. 1876 Bell invented the telephone has become an important tool in our everyday life communication, 1918, AM radio broadcasting banner receivers come out in 1936, commercial television broadcasting programs . along with human civilization, social progress and science and technology development of telecommunications technology is also based on the rapid speed of the rapid development of wireless communication is important in the present life, we often use mobile phones, wireless phones, there are a variety of electrical remote control, etc., a large space small children toys from development of radio and receiving equipment. FM and AM is the most widely used of the two sending and receiving increasingly become the modern equipment necessary to work with the social development of FM mode. The superheterodyne many receivers are widely used technology, compared with the direct amplification receiver, superheterodyne has many outstanding advantages. Has good sensitivity, easy to get large enough and relatively stable put a lot of easy to adjust. Keywords: receiver superheterodyne FM 目目录录 摘 要I ABSTRACT.II 1 总体分析1 1.1 接收机的简述1 1.2 接收机的分类1 1.2.1 按是否含有混频器分类 1 1.2.2 按调制方式不同分类 2 1.3 比较分析2 1.3.1 超外差式与直放式比较2 1.3.2 调频相对于调幅的优势 3 1.3.3 方案确定 3 2 主要技术性能指标3 2.1 调频部分和收音部分的主要指标3 2.2 调频部分的主要性能指标4 3 调频对讲机调频部分的工作原理4 3.1 原理框图及组成单元 4 3.2 工作原理4 3.3 部分波形变换示意图6 3.4 本机振荡电路部分7 4 元件清单及主要原件的参数和电路原理图7 4.1 调频对讲机总元件清单 7 4.2 主要原件的参数9 4.2.1 D1800 的参数 9 4.2.3 D2822 的参数 .13 4.2.5 9018 三极管的参数 18 4.3 电路原理图及印刷板图.19 5 对讲机安装、调试、检测与改进.20 5.1 元件的检测与选择.20 5.2 元件的安插与焊接.20 5.3 调试与检测.21 5.4 改进.21 6 总结.21 7 参考文献.22 8 附录.21 1 引引言言 超外差接收机即利用本地产生的振荡波与输入信号混频，将输入信号频率变换 为某个预先确定的频率的方法。超外差原理最早是由 E.H.阿姆斯特朗于 1918 年提出 的。这种方法是为了适应远程通信对高频率、弱信号接收的需要，在外差原理的基 础上发展而来的。外差方法是将输入信号频率变换为音频，而阿姆斯特朗提出的方 法是将输入信号变换为超音频，所以称之为超外差。利用超外差原理制成超外差接 收机，这种接收方式的性能优于高频（直接）放大式接收，应用于远程信号的接收， 并推广可应用到测量技术等方面。 在本次设计中，其目的是得到一个超外差调频接收机。整个电路的设计必须注 意几个方面。选择性好的单元电路，应尽可能靠近前面，在干扰及信号都很弱的时 候把干扰抑制下去。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。超外差式接收机，它具有灵敏 度高、工作稳定、选择性好及失真度小等优点。所以我们选用的是超外差式调频接 收机。 1 1 总体分析总体分析 1.1.1 1 接收机的简述接收机的简述 接收机是指一种能够接收信道传送的已调信号，并能对其进行解调、放大等， 最终转变为声音的装置。 1.21.2 接收机的分类接收机的分类 1.2.11.2.1 按是否含有混频器分类按是否含有混频器分类 直放式接收机：指已调信号经高频放大，再通过解调恢复为原基带信号之后， 最终经过低频放大转变为声音的装置。原理框图如图 1-1 所示 2 图 1-1 直放式接受机工作图 超外差式接收机：指已调信号经高频放大，再经混频器与本机振荡器组合的变 频电路，将接收的已调波的频率转换为固定的中频之后，最终再经中频放大、解调、 低频放大后转变为声音的装置。原理框图如图 1-2 所示 图 1-2 超外差式接受机工作图 1.2.21.2.2 按调制方式不同分类按调制方式不同分类 调幅接收机：利用基带信号去控制高频振荡信号的幅度，以此种调制方式进行 调制，并在接收端进行放大、混频、解调等，最终转变为声音的装置。 调频接收机：利用基带信号去控制高频振荡信号的频率，以此种调制方式进行 调制，并在接收端进行放大、混频、解调等，最终转变为声音的装置。 1.31.3 比较分析比较分析 1.3.11.3.1 超外差式与直放式比较超外差式与直放式比较 超外差式接收机利用自身固有的混频器与本机振荡组成变频电路，并能将接收 到的已调波的频率转变为固定的中频，由于中频是固定的，因此中频放大器的选择 3 性与增益都与接收的载波频率无关。这样可大大的提高接收机的灵敏度和领道选择 性，从而大大的提高了接收机的性能，而直放式接收机不含有混频电路，所以不能 达到超外差接收机的性能指标。 1.3.21.3.2 调频相对于调幅的优势调频相对于调幅的优势 调频比调幅抗干扰能力强：外来的各种干扰、加工业和天电干扰等，对已调波 的影响主要表现为产生寄生调幅，形成噪声。调频制可以用限幅的方法，消除干扰 所引起的寄生调幅。而调幅制中已调幅信号的幅度是变化的，因而不能采用限幅， 也就很难消除外来的干扰。因此，调频波信噪比高，调频广播中干扰噪声小。 调频波比调幅波频带宽：频带宽度与调制系数有关，即：调制系数大，频带宽。 调频中常取调频系数大于 1，而调幅系数是小于 1 的（大于 1 就过调了，会严重失 真） ，所以，调频波的频带宽度比调幅波的频带宽度大得多。因此音质要好，音频的 上限可达 10KHZ 左右。 调频制功率利用率大于调幅制：发射总功率中，边频功率为传送调制信号的有 效功率，而边频功率与调制系数有关，调制系数大，边频功率大。由于调频系数 mf 大于调幅系数 ma，所以，调频制的功率利用率比调幅制高。 由于调频波比调幅波频带宽，所以也带来选择性的问题，所以不适合在射频的 低频段使用，往往使用 100M 左右的波段。在这个波段的特点直线传播，因此传播的 半径相对小些。 1.3.31.3.3 方案确定方案确定 通过比较分析方案确定为超外差式调频接收方式。 2 2 主要技术性能指标主要技术性能指标 2.12.1 调频部分和收音部分的主要指标调频部分和收音部分的主要指标 工作电压：3V（5 号 2 节电池） 有效距离：50100 米 频率范围：85108Mhz 灵敏度：10 微伏 重量：约 102g 整机电流：小于 150mA 4 输出功率 P =0.3W O 天线形式：拉杆天线或橡胶天线 2.22.2 调频部分的主要性能指标调频部分的主要性能指标 工作电压：3V（5 号 2 节电池） 有效距离：50100 米 频率范围：85108MHZ 中频频率：10.7MHZ 3 3 调频对讲机调频部分的工作原理调频对讲机调频部分的工作原理 3.13.1 原理框图及组成单元原理框图及组成单元 超外差式调频接收是由天线、输入回路、高频放大器、混频器、本地振荡器、 中频器、鉴频器、低频功放等电路组成。原理框图如图 3-1 所示 图3-1 调频对讲机的接受部分的工作方式的图解 3.2 工作原理工作原理 方框图基本工作原理：天线接收到微弱的高频信号，经输入回路选频为 f1，经 高放送入混频器，本振输出另一高频 f2，送入混频。混频器的输出为含有 f1,f2,(f1+f2),(f2-f1)等频率分量的信号。混频器输出接调频回路选出中频信号 f=f2-f1，在经中频放大获得足够高增益，然后鉴频器解调出低频调制信号，由低功 放级放大。由于天线接收到的高频信号经过混频成为固定的中频，在加以放大，因 此接收机的灵敏度高，选择性好，性能也比较稳定。 为了实现所需要的功能，并且简化电路降低成本。在本次毕业设计中选用了2个 天线 输入回 路 高频放 大 混频器中频放大鉴频器 扬声器 本振 5 芯片。分别为D1800和D2822。D1800为单片FM/AM 收音机电路， FM部分包含混频， 本振中放，鉴频，静噪，低通滤波器等；AM 部分包括高放检波，此外还有音频驱动 级和功放电路，用一块D1800电路和少数外围元件，可实现完整的接收功能。此外 D1800功耗低，工作电压低。D2822用于便携式录音机和收音机做音频功率放大器。 其特点有电源电压降到1.8V时仍能正常工作，交越失真小，静态电流小，可做桥式 或立体声式功放应用，外围元件少，通道分离度高，开机或关机无冲击噪音。 图3-2 整机电路原理图 调频接收部分的工作原理：调频信号由天线接收,经 C9耦合到 IC1的19脚内的混 频电路 ,IC1第1脚内部为本机振荡电路 ,1脚为本振信号输入端 ,L4、C9、C10、C11 等元件构成本机振荡电路,产生出来的本机振荡信号与电台信号混频电路中进行混频， 产生中频信号，中频信号由 IC1的7、8、9脚内电路进行中频放大、检波,7、8、9脚 外接的电容为高频滤波电容,此时,中频信号频率仍然是变化的,经过鉴频后变成变化 的电压。10脚外接电容为鉴频电路的滤波电容、这个变化的电压就是音频信号 ,经 过静噪的音频信号从14脚输出耦合至12 脚内的功放电路 , 第一次功率放大后的音 频信号从11脚输出,经过 R10、C25、RP,耦合至 IC2进行第二次功率放大 ,推动扬声 器发出声音。 FM 收音信号流程：FM 信号从 TX 进入C9TC1的19脚，经 D1800内部进行 FM 6 混频、本振、FM 中频放大、FM 鉴频IC1的12脚出IC12的14脚入经内部前置放 大IC1的11脚R10、C25、RP 音量调节IC2的7脚经 IC2内部功率放大IC2的1 脚输出扬声器或耳机插孔 3.33.3 部分波形变换示意图部分波形变换示意图 混频器前后输入波形如图 3-3，将输入波形和本地载波送入混频器，得到一个 差频，其频率降低了，波形的形状不改变。 图 3-3 混频前后波形 中频放大器输入前后波形如图 3-4，将中频信号放大，提高其增益。频率不改 变。 图3-4 中频放大前后波形 鉴频前后的波形如图 3-5。把等幅的调频波变换成幅度按调制信号规律变化的调 频调幅波，然后，用振幅检波器把幅度的变化检出来，得到原来的调制信号。 7 图3-5 鉴频前后波形 3.43.4 本机振荡电路部分本机振荡电路部分 变频器中，为了接收信号在混频元件中产生差拍输出信号，需要产生一个等幅 振荡信号，产生该信号的振荡器就称为本机振荡。本机振荡器具有跟踪特性。对本 机振荡器的要求是：振荡频率稳定且可进行调节，噪声小。 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。若本振电路输出不稳定，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。 本次设计的电容改进型电容三点式电路图如图 3-6 所示. 图3-6 本机振荡部分电路 4 4 元件清单及主要原件的参数和电路原理图元件清单及主要原件的参数和电路原理图 4.14.1 调频对讲机总元件清单调频对讲机总元件清单 鉴 频 器 8 表一 元件清单 序 号 名称型号与规格位号数量 序 号 名称型号规格值号数量 1 集成块 D1800ICI 1 块 26 电解电容0.47u、10uC1、C27各 1 支 2 集成块 D2822IC2 1 块 27 电解电容 220 C24、C302 支 3 高频三极 管 9018VT1 1 支 28 双联电容 CBM-223PC 1 支 4 发射管 D40VT2 1 支 29 按钮开关 K1 1 个 5 开关极管 lN4148VD 1 支 30 耳机插座 3.5J 1 个 6 发光极管3 红 LED 1 支 31 集成电路插座8 脚 1 个 7 驻极体 50dBBM 1 个 32 集成电路插座 22 脚(14 脚+8 脚 各 1 个 8 扬声器 36mmBL 1 个 33 导线 5OmmBL 2 根 9 电感线圈 3 5T L1、L3、L 4 3 支 34 导线 100mm GB、BM、 J2 5 根 10 电感线圈 3 6TL2 1 支 35 粗导线 100mm TX 1 根 ll 电阻器15、47、100 Rl2、Rl1 、R4 各 1 支 36 印刷电路板 1 块 12 电阻器120、330、560 R1、R13、 R9 各 1 支 37 频率指那标牌 1 块 13 电阻器2.2K、4.7KR10、R2各 1 支 38 装配说明 1 分 14 电阻器1K、10K、36K R6、R5、R 3 各 1 支 39 前、后、电池盖 各 4 个 15 电阻器 5.1K R7、R82 支 40 塑料按扭 1 个 l6 电位器 5KRP 1 支 41 不干胶标牌 1 块 17 瓷片电容10p、15PC10、C9各 l 支 42 大、小拔盘 各 1 个 18 瓷片电容18P、33PC15、C19各 1 支 43 正负极、连体片 各 1 片 19 瓷片电容 35P C3、C7、C S 3 支 44 拉杆天线 TX 1 根 20 瓷片电容39P、68P、75P C11、C4、 C16 各 l 支 45 小焊片 3.2mm 1 片 21 自片电容101、221、102 Cl7、Cl4 、C2 各 l 支 46 自攻螺丝 25 电路板、 天线 4 粒 22 瓷片电容6P、153 C5、C6、C 20、C26 各 2 支 47 自攻螺丝 28 后盖上端1 粒 23 瓷片电容223、104 C12、C13 、C23、C2 5 各 2 支 48 平机螺丝 2.54 双联1 粒 24 瓷片电容 103 C18、C21 、C22 3 支 49 平机螺丝 2.55 双联及拔 盘 3 粒 25 瓷片电容 103 C28、C29 、C31 3 支 50 元机螺丝 1.65 电位器拔 盘 1 粒 9 表二 调频对讲机调频部分元件清单 电容电阻滑动变阻器电杆耳机插孔发光极管扬声器 C9C31R6R13RPL4JLEDBL 4.24.2 主要原件的参数主要原件的参数 4.2.14.2.1 D1800D1800 的参数的参数 D1800 为单片FM/AM 收音机电路， FM 部分包含混频，本振中放，鉴频， 静噪，低通滤波器等；AM 部分包括高放检波，此外还有音频驱动级和功放电路， 用一块D1800 电路和少数外围元件，可制作完整的收音机。该电路工作电源电 压范围为2.5V5V。 图 4-1 D1800 的功能框图 10 表 3 D1800 的引出端的功能 表 4 D1800 的极限值 D1800 电参数 表 5 D1800 的交流参数 （无特殊说明，Ta=25，Vcc=3V,见交流测试图） 11 表 6 D1800 的直流参数 （无特殊说明，Ta=25，Vcc=3V,见直流测试图） 表 7 推荐工作的条件 （无特殊说明，Ta=25） 12 图 4-2 DC 测试图 图 4-3 AC 测试图 13 图 4-4 D1800 的应用图 单位：电阻： 电容： F 4.2.34.2.3 D2822D2822 的参数的参数 D2822 用于便携式录音机和收音机做音频功率放大器。采用 DIP8 封装形 式。 14 图 4-5 D2822 的功能框图 图 4-6 D2822 的管教排列图 15 表 8 D2822 的管脚简述 引出端序号功能符号引出端序号功能符号 1 1 通道输出 1 OUT5 2 通道反相 输入 2 IN- 2 电源 Vcc6 2 通道同相 输入 2 IN+ 3 2 通道输出 2 OUT7 1 通道同相 输入 1 IN+ 4 地 GND8 1 通道反相 输入 1 IN- 表 9 D2822 的极限值 16 表 10 D2822 的立体声应用的电特性 17 表 11 D2822 的 BTL 应用的电特性 图4-7 D2822立体声应用测试原理图（电阻单位：） 18 图 4-8 D2822 桥式应用测试原理图（电阻单位：） 此次设计报告调频对讲机所运用的是桥式应用测试图 4.2.54.2.5 90189018三极管的参数三极管的参数 9018 结构：NPN 集电极-发射极电压 15V 集电极-基电压 30V 射极-基极电压 5V 集电极电流 0.05A 耗散功率 0.4W 结温 150 特怔频率 平均 620MHZ 放大倍数：D28-45 E39-60 F54-80 G72-108 H97-146 I132-198 19 4.34.3 电路原理图电路原理图及印刷板图及印刷板图 图4-9 整个对讲机的电路原理图 图4-10 印刷版图 20 5 5 对讲机安装对讲机安装、调试调试、检测与改进检测与改进 5.15.1 元件的检测与选择元件的检测与选择 5.1.15.1.1 集成块的检测：集成块的检测：从外观无破损，无裂痕，无断脚。 进行不在路测量，测各管脚对地的正反方向向电阻，是否 与说明书所标相同。 进行在路电压测量，先测电流脚总电流与说明书所标值是 否相同，再分别测量各个脚对地电压是否与说明书所标电压相同。 5.1.25.1.2 电阻的检测与选择：电阻的检测与选择：用万用表进行测量。 根据色环的数量和颜色判断 棕红橙黄绿蓝紫灰白黑金银 12345678905%10% 5.1.35.1.3 电容的检测：电容的检测：根据情况把万用表拨到 R1K，负表笔接电解电容器的正极， 正表笔接负极，即可检查其容量的大小。 5.1.45.1.4 三极管的检测：三极管的检测：对于功率在 1W 以下的中小功率管，可用万用表的 R100 或 R1K 档测量，对于功率在 1W 以上的大功率管，可用万用表的 R1 或 R10 档测 量。用黑表笔接触某一管脚，用红表笔分别接触另两个管教，如表头读书都很小， 则与黑表笔接触的那一管教是基级，同时可知此三极管为 NPN 型。若用红表笔接触 某一管脚，而用黑表笔分别接触另两个管脚，表头读数同样都很小时，则与红表棒 接触的那一管脚是基极，同时可知三极管为 NPN 型。以 NPN 型三极管为例，确定基 极后，假定其余的两只脚中的一只是集电极，将黑表笔接到此脚上，红表笔则接到 假定的发射极上。用手指把假设的集电极和以测出的基极捏起来（但不要相碰） ，看 表针指示，并记下此阻值的读数，然后再作相反假设，即把原来假设为集电极的脚 假设为发射极。作同样的测试并记下此阻值的读数。比较两次读数的大小，若前者 阻值较小，说明前者的假设是对的，那么黑表笔接的一只脚就是集电极，剩下的一 只脚便是发射极。若是 PNP 三极管，仍用上述方法，但必须把电笔极性对调一下。 5.25.2 元件的安插与焊接元件的安插与焊接 1.核对电路图检查元件是否完整，并用万用表测试各个电阻器的阻值是否合乎要求。 2.合理布置元件的安插位置，先装低矮、耐热的元件，最后是集成块。 3.焊接元件于相应要连接的导线。 21 4.减去多余引脚，并照找电路图仔细检查一遍。 注意事项：电解电容、三极管、二极管的极性一定要正确。 各个焊点加热时间和用锡量要适当，防止虚焊、漏焊、短路等。其中，三极管焊 接是迅速，以免烫坏。 5.35.3 调试与检测调试与检测 调整时，可采用一台调频收音机作接收机使用；或组装好两台，一台发射用， 另一台作接收用。做接收用的，先将 S2 置于“接收”位置，在通电后扬声器中应有 较大的“哗哗”的超再生噪声，用手摸一下三极管外壳噪声消失说明接收电路工作 基本正常。否则说明电路已处于接收状态若发生自激应适当改变 R5、C6的数值，以 改变超再生振荡的“熄灭电压”，即减小正反馈量，自激即可消除。调试时，这时 扬声器应有较大的噪声。然后将 S2置于“发信”位置，取一台调频收音机放在附近， 接收频率调到 100MHz 左右，这时收音机中应有较大的啸叫声，拉开约 10 米距离啸 叫声消失，对准话筒发话，在收音机中应能听到清晰、宏亮的声音。若无声音或音 小，可调整收音机的频率。待两部对讲机进行完上述调试后，进行互通试验，适当 调整 L 的间距使收、发信都能统一到同一个频率上。当与本地电台频率重叠时，需 更换谐振电容 C1，防止互相干扰，影响正常使用。 5.45.